Assessment of environmental factors in expression of heavy metal resistance genes in clinical Pseudomonas aeruginosa isolates associated with urinary tract infections

تعد المعادن الثقيلة عناصر مثل النحاس والزنك والنيكل، وهي توجد بشكل طبيعي في الأرض ولكن يمكن أن تصبح خطيرة عندما تتراكم في مياهنا وغذائنا. وبينما تعتبر بعض هذه المعادن ضرورية لأجسامنا لتعمل بكميات ضئيلة، إلا أن الكثير منها يمكن أن يلحق الضرر بكليتينا وكبدنا وجهازنا العصبي. وعندما تدخل هذه المعادن إلى البيئة من خلال النفايات الصناعية أو التربة الملوثة، فإنها لا تتحلل؛ بل تستمر وتنتقل عبر السلسلة الغذائية. ومن الجوانب المثيرة للقلق بشكل خاص هو كيفية تفاعل هذا التلوث مع البكتيريا. فتماماً كما يمكن للبكتيريا أن تتطور للبقاء على قيد الحياة ضد المضادات الحيوية، يمكنها أيضاً تطوير دفاعات ضد المعادن الثقيلة. وغالباً ما تكون هذه الدفاعات مشفرة في جينات محددة تعمل مثل الدروع، مما يسمح للبكتيريا بضخ المعادن السامة خارج خلاياها أو حبسها بأمان داخلها. وعندما تحمل البكتيريا التي تسبب عدوى لدى البشر جينات مقاومة المعادن هذه، فإن التعايش بين هذه الجينات وآليات مقاومة المضادات الحيوية يجعل التهابات المسالك البولية الناتجة أكثر صعوبة في العلاج.

في دراسة حديثة أجريت في مقاطعة بلوشستان بباكستان، سعى الباحثون لفهم الارتباط بين التلوث بالمعادن الثقيلة في البيئة والتهابات المسالك البولية الناتجة عن نوع معين من البكتيريا يسمى "الزائفة الزنجارية" (Pseudomonas aeruginosa). هذه البكتيريا هي سبب شائع للعدوى في المسالك البولية، والتي تشمل المثانة والكلى. أراد الفريق، الذي يعمل من جامعة بلوشستان، معرفة ما إذا كانت البكتيريا الموجودة في بول المرضى لا تقاوم المضادات الحيوية فحسب، بل تحمل أيضاً جينات تسمح لها بالبقاء على قيد الحياة عند التعرض للمعادن الثقيلة. وقد افترضوا أن مستويات المعادن في إمدادات المياه المحلية قد تؤثر بشكل مباشر على مستويات هذه المعادن الموجودة في بول المرضى، وأن هذا الضغط البيئي يساعد البكتيريا على أن تصبح أكثر قدرة على الصمود.

وللتحقيق في ذلك، جمع الباحثون عينات بول من مئتي شخص يُشتبه في إصابتهم بالتهابات المسالك البولية في سبع مناطق مختلفة من بلوشستان، بما في ذلك كويتا وهارناي وخضار. كما جمعوا عينات مياه من هذه المناطق نفسها لاختبار وجود المعادن الثقيلة. وفي المختبر، تأكدوا أولاً من أي عينات البول تحتوي بالفعل على عدوى، ثم قاموا بعزل بكتيريا "الزائفة الزنجارية" من تلك العينات. وبمجرد حصولهم على مستنبتات نقية للبكتيريا، اختبروا مدى قدرة الميكروبات على البقاء على قيد الحياة عند تعرضها لمعادن ثقيلة مختلفة، مثل الكادميوم والزنك والكوبالت والنحاس والكروم والنيكل. وقد فعلوا ذلك بوضع البكتيريا على أطباق تحتوي على تركيزات متفاوتة من هذه المعادن لإيجاد أقل كمية من شأنها أن توقف نمو البكتيريا. ساعد هذا القياس، المعروف باسم التركيز المثبط الأدنى، في تحديد مستويات تحمل البكتيريا.

وكشفت الدراسة أن البكتيريا كانت قادرة بالفعل على البقاء على قيد الحياة في كميات كبيرة من هذه المعادن. فعند تعرضها للنحاس، توقف نمو البكتيريا عند تركيز 0.0313 مولار، بينما أظهر النيكل أقوى تأثير مثبط، حيث أوقف النمو عند 0.0078 مولار فقط. والأهم من ذلك، استخدم الباحثون الاختبار الجيني للبحث عن الجينات المحددة المسؤلة عن هذه المقاومة. ووجدوا أن الغالبية العظمى من العزلات البكتيرية تحمل جين copA، الذي يساعد البكتيريا على مقاومة النحاس، وجين czcA، الذي يحمي من الكادميوم والزنك والكوبالت. كما تم اكتشاف جينات أخرى، مثل ncc (المرتبط بالنيكل والكادميوم والكوبالت)، في جزء من العزلات. وبينما حددت الدراسة جين merA (المرتبط بمقاومة الزئبق) وجين chrR (المرتبط بمقاومة الكروم) في المجتمع البكتيري، فقد ركز البحث على الكشف عن تركيزات المعادن الثقيلة للكادميوم والزنك والكروم والنحاس والكوبالت والنيكل في العينات. وقد أكد هذا أن البكتيريا المسببة لهذه الالتهابات تمتلك المجموعة الجينية اللازمة لمواجهة إجهاد المعادن الثقيلة.

وقد اتضح الاتصال بين البيئة وجسم الإنسان عندما حلل الفريق محتوى المعادن في الماء والبول. واكتشفوا أن المياه في مناطق معينة، لا سيما هارناي وكلات، تحتوي على مستويات عالية من المعادن الثقيلة، والتي تتجاوز غالباً حدود السلامة التي توصي بها منظمة الصحة العالمية. فعلى سبيل المثال، سجلت المياه في هارناي أعلى مستويات من الكادميوم وإجمالي المواد الصلبة الذائبة، بينما سجلت كلات أعلى مستويات الزنك. والأهم من ذلك، وجدت الدراسة ارتباطاً إحصائياً قوياً بين مستويات المعادن في الماء ومستويات المعادن في بول الأشخاص الذين يعيشون في تلك المناطق. فحيثما كانت المياه تحتوي على تركيزات عالية من الزنك والكروم والنحاس والنيكل، أظهرت عينات البول من السكان المحليين أيضاً تركيزات عالية من تلك المعادن نفسها. وهذا يشير إلى أن إمدادات المياه المحلية هي مصدر رئيسي للتعرض للمعادن للمجتمع.

كما قاس الباحثون الخصائص الفيزيائية للمياه، مثل حموضتها والموصلية الكهربائية، ووجدوا اختلافات كبيرة عبر المناطق المختلفة. وقد ارتبطت هذه الاختلافات بتركيزات المعادن، مما رسم صورة لمشهد متنوع ولكن ملوث بشدة. وخلصت الدراسة إلى أن المستويات العالية من المعادن الثقيلة في المياه والتربة في بلوشستان تساهم على الأرجح في تراكم هذه المعادن في جسم الإنسان. وهذا التراكم بدوره يخلق بيئة تتعرض فيها بكتيريا مثل "الزائفة الزنجارية" باستمرار لسمية المعادن. وللبقاء على قيد الحياة، تعتمد هذه البكتيريا على جينات المقاومة الخاصة بها، ويجعل التعايش بين جينات مقاومة المعادن هذه وآليات مقاومة المضادات الحيوية الالتهابات التي تسببها أكثر صعوبة في الإدارة. وتسلط هذه النتائج الضوء على مسار مباشر من التلوث البيئي إلى المخاطر الصحية البشرية، مما يوضح أن جودة مياهنا ليست مجرد مسألة طعم أو صفاء، بل هي عامل أساسي في سلوك الحياة المجهرية داخلنا.