Как практиките без антибиотици влияят върху антибиотичната резистентност при ентеробактерии при свинете

Антибиотичната резистентност е глобална заплаха, засягаща хора, домашни любимци, добитък и растения. Тъй като употребата на антибиотици за предотвратяване на инфекции е често срещана в животновъдството, съществува значителен натиск за приемане на алтернативни земеделски практики.

Д-р Доминик Пулен-Лапрад и нейните колеги от Agriculture and Agri-Food Canada и от Канадската агенция за инспекция на храните изследваха как земеделските практики без антибиотици влияят върху наличието на антибиотична резистентност при Enterobacteriaceae, взети проби от свине, и идентифицираха генетичните детерминанти на тази резистентност. Резултатите им показват значителен наследствен компонент на резистентността и идентифицират колокализацията на гени, кодиращи β-лактамаза с разширен спектър (ESBL), с гени, кодиращи резистентност към други антибиотици.

Антибиотиците са от съществено значение за лечението на бактериални инфекции при хора, животни и понякога растения. Има много различни видове антибиотици, които са ефективни срещу различни бактерии и действат чрез различни механизми. Бактериите обаче развиват резистентност към обичайните антибиотици, което прави инфекциите по-трудни за лечение.

Редовната употреба на антибиотици прави резистентните бактерии по-често срещани, тъй като тогава има селективен натиск за еволюцията и разпространението на резистентност. Това означава, че с всяка употреба на антибиотици има още един шанс за развитие на резистентност и с всяка следваща употреба резистентните бактерии не само оцеляват, но и се размножават. За да се борят с това, изследователите сега изследват методите, по които антибиотичната резистентност се развива и функционира, за да се опитат както да предотвратят по-нататъшното развитие на резистентност, така и да създадат нови антибиотици, които са по-ефективни.

β-лактамази с широк спектър

Особена причина за безпокойство са бактериите, които произвеждат β-лактамази с широк спектър (ESBL). ESBL са ензими, които придават резистентност към група антибиотици, известни като β-лактами, и включват пеницилини и цефалоспорини. Това са две големи семейства антибиотици, използвани за лечение на голямо разнообразие от инфекции, а цефалоспорините от трето поколение (3GC), като цефотаксим (CTX), са широкоспектърни антибиотици, считани за много важни в медицината. Следователно, бактериите, произвеждащи ESBL, се считат за сериозна заплаха за здравето.

β-лактамазите са ензими, които инактивират β-лактамните антибиотици.

Антибиотици в животновъдството

Антибиотиците се използват в огромни количества в животновъдството, за да се предотвратят инфекции и да се гарантира, че потенциално вредни бактерии не се предават от животни на хора чрез месо или оборски тор, използвани върху културите. Смята се обаче, че тази широка употреба на антибиотици ескалира развитието на бактерии, устойчиви на антибиотици. Методите на биологично земеделие ограничават употребата на антибиотици до лечение на болни животни (за разлика от конвенционалните ферми, използващи антибиотична профилактика) и нарастват по популярност в резултат на нарастващата осведоменост за антибиотичната резистентност.

Д-р Доминик Пулен-Лапрад и нейните колеги от Agriculture and Agri-Food Canada и от Канадската агенция за инспекция на храните изследваха дали отглеждането на свине без използване на антибиотична профилактика намалява количествата на антибиотично устойчиви Enterobacteriaceae (грам-отрицателни бактерии, включително E. coli), открити в чревната микробиота на свинете.

„Д-р Пулен-Лапрад предполага, че интервенцията на ниво развъдни ферми може да допълва управлението на употребата на антибиотици и да е по-ефективна за намаляване на факторите, определящи антибиотичната резистентност, които се предават от свинята.“

Свиневъдство без антибиотици

Свинете са една от трите най-големи групи животни в Канада (заедно с говедата и пилетата) и е известно, че носят резистентни бактерии, които могат да се предадат на хората чрез заразено месо и оборски тор. За да изследват ефекта от методите за отглеждане на свине върху разпространението на антибиотична резистентност, д-р Пулен-Лапрад и колегите му са взели проби от три различни ферми без антибиотици и една конвенционална (CV) животновъдна ферма.

Първият от типовете ферми без антибиотици (AF1) е сертифициран като биологичен, вторият (AF2) - като хуманен, а третият (AF3) - като AGRO-COM. AF1, AF2 и AF3 отговарят на изискванията на Канадската агенция за инспекция на храните, позволявайки показването на твърдението за липса на антибиотици върху предлаганите от тях продукти.

Бактериите развиват резистентност към обичайните антибиотици, което прави инфекциите по-трудни за лечение.

Антибиотична резистентност при свине

Предишни изследвания са установили, че антибиотичната резистентност е по-рядко срещана в земеделски практики без антибиотици, което подкрепя теорията, че непрекъснатата употреба на антибиотици води до разпространение на антибиотична резистентност. Следователно е изненадващо, че резултатите от тестовете за чувствителност към антибиотици на д-р Пулен-Лапрад и колегите му са установили, че резистентността към CTX се среща по-често в проби от места без антибиотици.

Освен това, когато профилът на резистентност на CTX-резистентните и CTX-чувствителните бактерии е изследван чрез тестване с 24 други антибиотика, производството на ESBL е по-често срещано в CTX-резистентните проби от фермите без антибиотици, отколкото от местата с CV. Въпреки това, CTX-резистентните бактерии от фермите с CV е по-вероятно да бъдат резистентни и на други антибиотици. Важно е да се отбележи, че те също така са установили, че във всички места изобилието на ентеробактерии намалява с напредване на възрастта на свинете, като по този начин намаляват антибиотично резистентните бактерии, които те съдържат.

Наследствена резистентност

Тези резултати показват, че употребата на антибиотици увеличава антибиотичната резистентност и създава среда, благоприятстваща разнообразен профил на резистентност, но други фактори като наследственост и околна среда също играят роля. Резистентността към тетрациклин е била по-рядко срещана във фермите без антибиотици, но е била открита в проби, взети от всички обекти.

Това е в съответствие с резултатите от други проучвания и вероятно е резултат от 70-годишната употреба на тетрациклин при хора и добитък. По този начин, резистентните към тетрациклин бактерии са били наследени от майката при свине без антибиотици, а по подобен начин по-високата резистентност към CTX във фермите без антибиотици може да се обясни с наследяване на микробиота от свинята майка.

Тестване за чувствителност към антибиотици е използвано, за да се оцени дали земеделските практики без антибиотици влияят върху наличието на антибиотична резистентност при свинете.

Генетични детерминанти

Секвенирането на целия геном може да идентифицира всички гени за резистентност, притежавани от изследваните бактерии. Плазмидите са кръгови ДНК молекули, отделени от бактериалната хромозома, които често носят гени, участващи в антибиотична резистентност. Изследователският екип идентифицира три гена, участващи в производството на ESBL, като най-често срещаният от тях е открит само в проби от ферми без антибиотици.

Установено е, че два от тези три гена се носят от плазмиди, съдържащи и гени, придаващи резистентност към други антибиотици, и трите са свързани с генетична последователност, известна като ISEcp1, която участва в движението на гени за антибиотична резистентност от хромозоми към плазмиди и между плазмиди.

Движението на гени през бактериалните хромозоми и плазмиди създава непрекъснато генетично разнообразие, което допринася за успеха на антибиотичната резистентност при ентеробактериите, но колокализацията също е разпространена и допринася за мултилекарствена резистентност. Важно е също да се отбележи, че има много фактори, които работят заедно, за да определят резистентността, и следователно голямо разнообразие от механизми, чрез които бактериите проявяват антибиотична резистентност.

Колокализация и ко-селекция

Тази колокализация на гени за антибиотична резистентност е в съответствие с резултатите от други проучвания и ще доведе до ко-селекция за резистентност към няколко антибиотика, когато се използва който и да е от тях. Това би могло да обясни разпространението на гените за производство на ESBL в условия без антибиотици, тъй като най-често срещаният от тези гени е колокализиран и ко-селектиран с гени за резистентност към антибиотици, често използвани за лечение на болни свине в Канада.

Друго подобно откритие от това проучване е, че ген за пеницилиназа (ензим, който действа срещу пеницилин) е колокализиран с гени, придаващи резистентност към тежки метали като мед, и следователно високите концентрации на мед във храната за свине биха могли да допринесат за поддържането на гените за пеницилиназа.

„Д-р Пулен-Лапрад предполага, че интервенцията на ниво развъдни ферми може да допълва управлението на антибиотиците и да е по-ефективна за намаляване на детерминантите на антибиотична резистентност, които се предават от свинята.“

Конюгация

Бактериите също са способни да прехвърлят плазмиди чрез процес, известен като конюгация. Д-р Пулен-Лапрад и колегите му откриха множество конюгиращи плазмиди, съдържащи гени за резистентност, а тестовете показаха, че пренасянето на CTX резистентност и ESBL-кодиращи гени е възможно в техните проби от бактерии и не се влияе от това дали в процеса на отглеждане са използвани антибиотици.

Следователно те предположиха, че високите нива на CTX резистентност в местата без антибиотици може да се дължат на наличието на ген в плазмид, който лесно преминава чрез конюгация. Освен това, липсата на най-често срещания ESBL-кодиращ ген в CV местата може да се дължи на това, че тези ферми са независими – ако не се прехвърлят животни, тогава присъстващите ентеробактерии може никога да не са се сблъсквали с този конкретен ген и мобилизиращ плазмид.

Действия срещу антибиотична резистентност

Като цяло, д-р Пулен-Лапрад и колегите му показаха, че генетичният компонент на антибиотичната резистентност е основен фактор, с който не се бори лесно, както се вижда от наличието на гени за антибиотична резистентност в бактерии, взети проби от свинеферми, където не се използват антибиотици. Тестването за чувствителност към антибиотици обаче установи, че бактериите от местата без антибиотици са средно резистентни на по-малко антибиотици, поради по-ниския селективен натиск.

Това би могло да подскаже, че биологичното земеделие може да помогне за намаляване на антибактериалната резистентност, произтичаща от многогодишната широко разпространена антибиотична профилактика при добитъка. От друга страна, д-р Пулен-Лапрад и колеги предполагат, че интервенцията на ниво развъдни ферми може да допълва управлението на антибиотиците и да е по-ефективна за намаляване на факторите, определящи антибиотичната резистентност, които се предават от свинята майка.

Освен това, д-р Пулен-Лапрад и колеги подчертават, че съществува сериозен екологичен риск от антибиотичната резистентност. Често антибиотиците могат да преминават през животните и все още да бъдат ефективни срещу бактериите в почвата. Това не само ни засяга, когато замърсен оборски тор се използва върху култури, които ядем, но и уврежда микробиома на почвата, което води до лош растеж и устойчивост на растенията.

Тъй като изменението на климата е постоянна заплаха, трябва да се намери баланс за защита на хранителните запаси по отношение на големи, здравословни добиви от култури и по отношение на осигуряване на здравето на добитъка.

Източник: Thepigsite

Литература
Poulin-Laprade D. (2021). Антибиотична резистентност при ентеробактерии от свине. Research Outreach, 125. Достъпно на: https://researchoutreach.org/articles/antibiotic-resistance-in-enterobacteria-from-pigs/ (Достъпно на 19.09.2024 г.)