Worldwide comparison of Salmonella Enteritidis genomes with and without the gyrA codon substitution D87Y

تعتمد سلامة الغذاء على يقظة هادئة ومستمرة ضد البكتيريا التي يمكن أن تسبب المرض للناس. ومن بين أبرز المسببات شيوعاً بكتيريا تُدعى "السالمونيلا"، وتحديداً نوع يُعرف باسم "إنتيريتيديس" (Enteritidis)، والذي يلوث الدواجن والبيض بشكل متكرر. لعقود من الزمن، عالج الأطباء حالات العدوى الشديدة باستخدام فئة قوية من المضادات الحيوية تسمى "فلوروكينولونات"، ويُعد "سيبروفلوكساسين" الخيار الأساسي منها. غير أن البكتيريا ذكية ومتكيفة؛ إذ يمكنها تغيير آلياتها الداخلية لمقاومة هذه العقاقير. ويتضمن أحد التغييرات المحددة تعديلاً طفيفاً في بروتين يُسمى "GyrA"، والذي يعمل كمحرك جزيئي لحمض البكتيريا النووي (DNA). فعندما يتحور هذا البروتين في نقطة معينة، تصبح البكتيريا أصعب بكثير في القضاء عليها باستخدام السيبروفلوكساسين. وتعد هذه المقاومة مصدر قلق جدياً للصحة العامة لأنها تترك خيارات أقل لعلاج العدوى.

في السنوات الأخيرة، لاحظ مسؤولو الصحة في الولايات المتحدة اتجاهاً مقلقاً: ارتفاعاً حاداً في سلالات "سالمونيلا إنتيريتيديس" التي أصبحت مقاومة للسيبروفلوكساسين. ولم تكن هذه البكتيريا المقاومة مجرد حالات عشوائية؛ بل بدا أنها تنتمي إلى خط عائلي محدد للغاية، يتم التعرف عليه من خلال بصمة جينية فريدة. وكان السؤال الذي واجه العلماء هو ما إذا كانت هذه مشكلة أمريكية محلية أم مشكلة عالمية. فإذا كانت المقاومة تنتشر في جميع أنحاء العالم، فإن ذلك سيشير إلى وجود ميزة عالمية سمحت لهذه البكتيريا بالازدهار في كل مكان. أما إذا كانت مقتصرة على الولايات المتحدة، فقد يشير ذلك إلى ظروف محلية، مثل ممارسات الزراعة أو عوامل بيئية محددة، هي التي تقود هذا التغيير. وللإجابة على ذلك، شرع الباحثون في مقارنة المخططات الجينية لآلاف من هذه البكتيريا من جميع أنحاء العالم.

قام فريق من العلماء من وزارة الزراعة الأمريكية ومراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها بجمع مجموعة ضخمة من البيانات الجينية. وحللوا ما يقرب من 80,000 جينوم من "سالمونيلا إنتيريتيديس"، وهو رقم يتضمن خرائط جينية كاملة ومسودات جزئية، تم جمعها من المرضى البشر، والدجاج، ومصادر أخرى من عشرات البلدان. وقاموا بتصنيف هذه البكتيريا إلى مجموعات بناءً على ثلاثة أشياء: مكان العثور عليها، وما إذا كانت تحمل الطفرة المحددة التي تسبب مقاومة الأدوية، وما إذا كانت تنتمي إلى ذلك الخط العائلي الأمريكي المحدد الذي كان يثير القلق. ومن خلال مقارنة هذه المجموعات، استطاع الباحثون معرفة ما إذا كانت البكتيريا المقاومة من الولايات المتحدة فريدة جينياً أم أنها تشبه البكتيريا المقاومة الموجودة في أماكن أخرى.

كشفت البيانات عن فرق صارخ بين الولايات المتحدة وبقية العالم. ففي الولايات المتحدة، كانت البكتيريا المقاومة تنتمي بشكل ساحق إلى ذلك الخط العائلي المحدد، وقد نمت أعدادها بسرعة خلال السنوات القليلة الماض la الماضية. وفي المقابل، بينما كانت هناك بعض البكتيريا المقاومة في بلدان أخرى، إلا أنها لم تظهر نفس الطفرة الهائلة داخل ذلك الخط العائلي المحدد. فالسلالات المقاومة التي وُجدت في أوروبا وآسيا وأمريكا الجنوبية تنتمي إلى عائلات جينية مختلفة ولم تتبع نفس نمط الهيمنة المشهود في الولايات المتحدة. وهذا يشير إلى أن الانفجار في عدد البكتيريا المقاومة في الولايات المتحدة ليس مجرد نتيجة لزيادة مقاومة البكتيريا للأدوية في أي مكان في العالم، بل هو ظاهرة مدفوعة بظروف محددة في الولايات المتحدة.

لفهم سبب سيطرة هذا الخط العائلي المحدد في الولايات المتحدة، تعمق الباحثون في المحتوى الجيني للبكتيريا. وفحصوا ما إذا كانت البكتيريا المقاومة تحمل جينات مختلفة، مثل تلك الموجودة على حلقات صغيرة من الحمض النووي المتحركة تسمى "البلازميدات"، والتي غالباً ما تحمل سمات المقاومة. كما بحثوا في العناصر الفيروسية، المعروفة باسم "البروفاجات" (prophages)، وهي أجزاء من فيروسات قديمة تختبئ داخل الحمض النووي للبكتيريا ويمكنها أحياناً منح البكتيريا قدرات جديدة. وأظهر التحليل أن البلازميدات الموجودة في بكتيريا الولايات المتحدة المقاومة كانت مشابهة جداً لتلك الموجودة في البكتيريا المقاومة من دول أخرى. وقد دحض هذا الاكتشاف فكرة أن بلازميداً فريداً "فائق المقاومة" كان هو السلاح السري الذي يقود التفشي في الولايات المتحدة.

وجد الباحثون بالفعل بعض الاختلافات في العناصر الفيروسية المختبئة داخل الحمض النووي. فالخط العائلي المحدد من البكتيريا في الولايات المتحدة يحمل مجموعة متميزة من هذه المناطق الفيروسية التي تختلف عن المناطق الفيروسية الموجودة في البكتيريا المقاومة من دول أخرى. ومع ذلك، كان التركيب الجيني العام للبكتيريا متشابهاً بشكل مدهش. فالبكتيريا المقاومة في الولايات المتحدة لم تكن مختلفة جوهرياً عن أقاربها غير المقاومة من حيث الجينات التي تحملها، كما لم تكن مختلفة جذرياً عن البكتيريا المقاومة الموجودة في دول أخرى، باستثناء تلك المناطق الفيروسية المحددة. وقد أدى ذلك بالعلماء إلى استنتاج أن صعود هذه البكتيريا في الولايات المتحدة لم يكن ناتجاً عن عنصر جيني واحد قوي مثل بلازميد جديد أو تبادل جيني هائل.

بدلاً من ذلك، تشير الأدلة إلى أن ظهور هذه البكتيريا المقاومة في الولايات المتحدة هو حدث معقد. فالخط العائلي المحدد من البكتيريا، والذي يمكننا اعتباره فرعاً متميزاً في شجرة العائلة، يبدو أنه قد وجد موطئ قدم له في الولايات المتحدة ثم اكتسب طفرة مقاومة الأدوية. وبمجرد حدوث ذلك، سمح الجمع بين ذلك الخط العائلي المحدد وطفرة المقاومة لها بالانتشار بسرعة، لتحل محل سلالات أخرى من البكتيريا. لم يجد البحث عن جين واحد "دليل إدانة" يفسر هذا النجاح. ويرجح الباحثون أن الإجابة تكمن على الأرجح في مزيج من العوامل، ربما بما في ذلك كيفية تفاعل هذه البكتيريا مع بيئتها أو كيفية استيطانها للعوائل، وهي سمات يصعب رؤيتها بمجرد النظر إلى قائمة من الجينات.

تسلط النتائج الضوء على أنه بينما تمثل مقاومة الأدوية تهديداً عالمياً، فإن الطريقة التي تظهر بها قد تكون محلية للغاية. إن الارتفاع السريع في بكتيريا "السالمونيلا" المقاومة في الولايات المتحدة هو حدث محدد مرتبط بسلالة جينية معينة، وليس اتجاهاً عالمياً يُرى في كل مكان. وتوضح الدراسة أيضاً أن مجرد امتلاك طفرة مقاومة الأدوية ليس كافياً لتفسير التفشي؛ إذ يجب أن تنتمي البكتيريا أيضاً إلى العائلة الجينية الصحيحة لتزدهر بالطريقة التي فعلتها في الولايات المتحدة. وهذا التمييز أمر بالغ الأهمية لمسؤولي الصحة العامة، لأنه يعني أن تتبع الخط العائلي المحدد لا يقل أهمية عن تتبع المقاومة نفسها. ويؤكد الباحثون أن هناك حاجة لمزيد من الدراسة لفهم ما الذي يمنح هذا المزيج المحدد من الخط العائلي وطفرة المقاومة هذه الميزة، لكن البيانات الجينية قد استبعدت بالفعل عدة تفسيرات بسيطة، مما ضيق نطاق البحث عن السبب الحقيقي.