Het werk van een geoloog van de Universiteit van Kansas in het afgelegen Hoge Noordpoolgebied van Noorwegen heeft de verbazingwekkende wereldwijde verspreiding van antibioticaresistente microben blootgelegd - inclusief multiresistente "superbacteriën" - die ernstige gevolgen kunnen hebben voor de menselijke gezondheid wereldwijd.

Jennifer Roberts, hoogleraar en leerstoel geologie aan de KU, begon met het onderzoeken van de microbiële geochemie van het ontdooien van permafrost en het vrijkomen van methaan, een krachtig broeikasgas dat de wereldwijde klimaatverandering versnelt.

Maar vervolganalyse van de bodemmonsters die Roberts verzamelde in de Kongsfjorden-regio van Svalbard, Noorwegen, toonde ook aan dat antibioticaresistente genen zijn overgebracht naar populaties van bodemmicroben op een van de meest afgelegen locaties op aarde. De bevindingen van Roberts en een internationaal team van collega's uit het Verenigd Koninkrijk en China zijn zojuist gepubliceerd in het peer-reviewed tijdschrift Milieu Internationaal .

"De studie bood een goede gelegenheid om grondmonsters te testen op antibioticagenen met de hypothese dat Spitsbergen zo'n afgelegen en geïsoleerde plaats was, we zouden geen bewijs vinden van zulke genen, " zei Roberts. "In tegenstelling, we hebben er nogal wat gevonden, waaronder superbacteriën die resistent zijn tegen antibiotica, zoals het New Delhi-gen, die niet zo lang geleden voor het eerst opdook in India. Dit was een verrassing - de genen die we vonden hadden duidelijk een korte overdrachtstijd tussen de ontdekking in India en onze groep die ze slechts een paar jaar later in het Noordpoolgebied ontdekte."

Het onderzoeksteam heeft genetisch DNA gesequenced van 40 bodemmonsters op acht locaties in Svalbard, het vinden van 131 antibioticaresistente genen. Eén gevonden antibioticumresistent gen wordt blaNDM-1 genoemd. Voor het eerst ontdekt in New Delhi in 2007, het gen veroorzaakt resistentie tegen carbapenem-antibiotica - een laatste redmiddel voor anders onbehandelbare infectieziekten. De aangetoonde verspreiding van blaNDM-1, vooral, is zeer zorgwekkend, aandacht vestigen op de toenemende crisis van wereldwijde antibioticaresistentie.

De onderzoekers zeggen dat de antibioticaresistente genen slechts een paar wegen naar het noordpoolgebied hadden kunnen nemen.

"Ze zijn waarschijnlijk afkomstig van ziekteverwekkers die meerdere keren zijn blootgesteld aan verschillende soorten antibiotica - zo krijgen we deze acuut antibioticaresistente stammen, waar ze aanhouden, zelfs ondanks het gebruik van 'laatste redmiddel'-behandelingen, " zei Roberts. "Sommige plaatsen waar we de New Delhi-genstam hebben gevonden, zijn niet erg ver verwijderd van de belangrijkste onderzoeksbasis, dus er is een mogelijkheid dat er menselijk afval bij betrokken was. We observeerden ook kolonies broedende vogels op laaggelegen plaatsen, zoals kleine meren en andere bronnen van open water tijdens maximale dooi, en daar zagen we de hoogste concentraties van deze genen. We hebben ze ook waargenomen op plaatsen waar geen open water was, maar veel kleine dieren zoals vossen, en je kunt een vector traceren tussen een drinkplaats of een meertje waar veel vogels en kleine zoogdieren gaan drinken en dan alle genen oppikken."

Robert, wiens onderzoeksexpertise ligt in hydrochemie en microbiële geochemie, werkte aan de ontwikkeling van een benchmark voor antibioticaresistente genen die van nature in Spitsbergen voorkomen, zodat het team ze kon onderscheiden van "vreemde" multiresistente genen die naar het Noordpoolgebied werden overgebracht vanuit regio's waar antibiotica worden gebruikt in menselijke en dierlijke populaties om ziekten te behandelen.

"Omdat de migratie van deze genen zo'n grote zorg is, de volgende vraag wordt, 'Zijn deze antibioticaresistente genen inheems, of zijn ze overgedragen?'" zei ze. "Mijn rol was om bewijslijnen te gebruiken in ons onderzoek om ons te helpen duidelijk te zijn over wat een inheems gen was dat zich in de bodem ontwikkelde en wat uit andere bronnen binnengehaald. Dat deden we door te kijken naar voedingsvoorraden in de bodem, die zijn erg, zeer laag in deze Arctische bodems. We waren toen in staat om de antibioticaresistente genen te koppelen aan wat een nieuwe bron van fosfaat lijkt te zijn die van buitenaf wordt binnengebracht - en de meest waarschijnlijke bron van fosfaat is uitwerpselen, hetzij in menselijk afvalwater of, meer dan waarschijnlijk, vogel guano."

Volgens Roberts, antibioticaresistentie reisde tussen microben via "laterale genoverdracht". In dit proces, ziekteverwekkers komen via uitwerpselen in het water terecht, sterven en laten grote hoeveelheden vrij genetisch materiaal in het water vrij. Dit genetisch materiaal wordt niet gemakkelijk afgebroken, met als gevolg dat andere organismen uiteindelijk de genen oppikken, evenals hun resistentie.

"Het is niet zo dat we een soort robuuste gemeenschap van E. coli of andere ziekteverwekkers hebben die in de oppervlaktewateren in het noordpoolgebied leven, ' zei Roberts. 'In plaats daarvan, een of andere antibioticaresistente ziekteverwekker is van buitenaf binnengebracht - en nu resistentie is verspreid omdat genen worden opgepikt door andere organismen die al bevolkt waren in de omgeving."

Roberts zei dat de ontdekking van het team aantoont dat multidrug-antibioticaresistentie nu wereldwijd van aard is.

"We moeten niet vergeten dat we antibiotica hebben gekregen, zoals penicilline, van bodemmicro-organismen om mee te beginnen, "zei ze. "Micro-organismen hebben lange tijd resistentiecapaciteiten gebruikt om immuniteiten in het milieu te overwinnen, het produceren van antibioticaresistente genen die als natuurlijk en inheems worden beschouwd. Maar met het gebruik van gefabriceerde antibiotica voor mens en dier over de hele wereld, we hebben een snelle evolutie gezien van resistente genen. We vonden zowel inheemse als geëvolueerde antibioticaresistente genen in het noordpoolgebied. De zorg is dat met weerstand die zich op deze schaal verspreidt, we naderen misschien een post-antibioticumtijdperk waarin geen van onze antibiotica werkt omdat de ziekteverwekkers die we proberen te bestrijden resistente genen hebben opgepikt via evolutie of laterale overdracht."

Roberts zei dat de bevindingen van het team het belang aantonen van zorgvuldiger beheer van antibioticagebruik en de noodzaak van een betere behandeling van afvalwater over de hele wereld.

"Ons gebruik van antibiotica door mensen en dieren kan gevolgen hebben die verder gaan dan onszelf en onze lokale gemeenschappen - ze zijn wereldwijd, " zei ze. "Het is echt belangrijk voor ons om te gaan nadenken over watersysteembeheer en antibioticagebruik op manieren die wereldwijd zijn - en om te beginnen met het verminderen en beheersen van een deel van de verspreiding die op dit moment duidelijk niet onder controle is."