小虫子带来的大问题:应对环境中抗生素耐药性的高通量监测
一个全球性的威胁
尽管随着时间的推移,细菌会自然地产生抗生素耐药性(AR),但由于动物和人类抗生素的过度使用和滥用,新的耐药性基因和移动遗传元素的出现正在加速。每年,AR在美国造成2.3万人死亡(CDC 2013年),在欧盟造成2.5万人死亡(ECDC/EMEA 2009年)。此外,即使是世界银行集团最乐观的估计,也预计全球国内生产总值将受到与2008-2009年全球金融危机一样严重的负面影响(世界银行集团2017年)。鉴于增强现实技术对人类健康和经济的威胁日益增长,加强监测和研究是该领域许多全球行动的关键战略重点。
污水处理设施鸟瞰图。(图OpenStax,用于知识共享署名4.0国际许可)
最近,来自赫尔辛基大学、葡萄牙天主教大学和德累斯顿科技大学的研究人员与其他几个机构的合作者一起,在七个欧洲国家(Pärnänen等人,2019年).利用高通量定量PCR,研究人员观察到,在UWTP感染中观察到的耐药基因和移动遗传元件与之前研究中检测这些相同区域的临床耐药模式高度对应。
一个巨大的事业
AR研究中的一个重大挑战是要分析的大量靶点。有数千个潜在的目标和一些当前的方法,如宏基因组学,限制了对最丰富的基因的分析。不幸的是,这些基因不一定与临床相关。由于研究人员对每个样本的大量AR基因(n=229)和移动元件(n=25)的靶向分析感兴趣,他们选择使用SmartChip实时PCR系统进行高度并行的qPCR。
这种大规模比较研究还面临许多后勤和实验障碍,尤其是在尽量减少引入实验偏差方面。其qPCR系统的高通量设置允许在相同设备和相同操作条件下分析所有样品,从而消除可能源于系统操作的变化和人为错误。
社区抵抗的写照
研究人员分析了UWTP的影响因素,因为这些样本高度代表了周围社区的AR患病率和抗生素消费(AC)。在葡萄牙、西班牙、塞浦路斯、爱尔兰、挪威和芬兰共有12个地点进行了测试。大多数AR标记相对丰度较低的北部国家(德国、挪威和芬兰)的影响聚在一起,而丰度较高的南部国家(葡萄牙、西班牙和塞浦路斯)形成单独的聚类。这些发现与之前的一份报告一致,该报告确定了临床AR患病率在欧洲南部不断增加(ECDC 2016),并与这些地区的AC趋势相匹配。还对12个UWTP站点的处理产出进行了评估,以确定处理制度是否能有效降低ARG水平。令人印象深刻的是,作者注意到在这些输出中无法检测到对人类健康影响最大的arg。
PCoA使用Bray-Curtis相异指数显示抗性和移动遗传元素的分布。A小组。来自欧洲UWTPs的进水。抗生素消耗高的国家(H自动控制)以及抗生素消费量低的国家(L自动控制)单独聚集(R2.=0.37,P=0.015)。例外情况是来自德国UWTP的三个进水样本与H自动控制样本(图中的DE2)。B小组。来自欧洲UWTPs的废水。H自动控制和L自动控制国家没有聚集在一起(R2.=0.11,P=0.181)。这些点代表排序中的单个样本,根据UWTP命名,纬度由颜色渐变表示。点大小是根据ECDC报告中2005年至2015年人类抗生素总消耗量的平均值确定的。国家:H自动控制-葡萄牙PT;西班牙埃斯;塞浦路斯塞浦路斯警察局;爱尔兰伊利诺伊州;L自动控制-德,德国,;芬兰,芬兰;不,挪威。图像和标题改编自Pärnänen等人,2019年在下面使用知识共享署名4.0国际许可.
监视前进的道路
这项研究的结果证明了常规监测环境样品(如废水)中ARG存在的重要性,以及评估为降低环境AR负担而开发的处理区域的有效性。尽管这种分析由于潜在的分析靶点的数量而令人望而生畏,但高度并行的qPCR被证明是解决这种分析大规模问题的有效方法。
这项研究的动力来自于系统的灵活性和吞吐量智能芯片实时PCR系统. 我们对客户在各自领域取得的显著突破不断感到兴奋,并期待了解他们未来的发展。
工具书类
疾病控制中心。美国的抗生素耐药性威胁。(2013).在<https://www.cdc.gov/drugresistance/threat-report-2013/pdf/ar-threats-2013-508.pdf>
ECDC/EMEA。细菌的挑战:反应的时间。(2009)。
ECDC。2016年欧洲抗菌素耐药性监测。(2016). 在<https://ecdc.europa.eu/en/publications-data/antimicrobial-resistance-surveillance-europe-2016>
Pärnänen, k.m.。等欧洲废水处理厂的抗生素耐药性反映了临床抗生素耐药性流行的模式。Sci。副词。5.eaau9124(2019)。
世界银行集团。耐药性感染:对我们经济未来的威胁。(2017)。在<http://www.worldbank.org/en/topic/health/publication/drug-resistant-infections-a-threat-to-our-economic-future>
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