Leveraging genomes and metagenome-assembled genomes unveils novel diversity and transmission between public transport and clinical settings in Acinetobacter
Diese Studie zeigt, dass die Integration von metagenom-assemblierten Genomen (MAGs) aus öffentlichen Verkehrssystemen mit klinischen Isolaten eine umfangreiche unerkannte Diversität sowie Belege für die Übertragung mehrerer *Acinetobacter*-Spezies offenlegt, was die entscheidende Rolle von MAGs bei der genomischen Überwachung von vom Menschen geschaffenen Umgebungen und deren Auswirkungen auf die öffentliche Gesundheit hervorhebt.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung eines Preprints, das nicht peer-reviewed wurde. Dies ist kein medizinischer Rat. Treffen Sie keine Gesundheitsentscheidungen auf Grundlage dieses Inhalts. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Bakterien sind überall; sie leben in Boden, Wasser und auf unserer Haut, doch Wissenschaftler haben sie traditionell untersucht, indem sie sie in Petrischalen in einem Labor gezüchtet haben. Diese Methode funktioniert gut für einige Arten von Bakterien, scheitert jedoch bei vielen anderen, die außerhalb ihrer natürlichen Umgebung schwer oder unmöglich zu kultivieren sind. Infolgedessen war unser Verständnis der mikrobiellen Welt auf die wenigen Arten verzerrt, die in einer Schale gedeihen, was große Wissenslücken über den Rest hinterließ. Um diese Lücken zu schließen, nutzen Forscher nun eine Technik namens Metagenomik, bei der das genetische Material direkt aus Umweltproben gelesen wird, ohne die Organismen zuvor kultivieren zu müssen. Durch das Zusammensetzen dieser genetischen Fragmente können sie die vollständigen Genome von Bakterien rekonstruieren, die zuvor noch nie gesehen wurden. Dieser Ansatz ist besonders wichtig, um zu verfolgen, wie Bakterien zwischen verschiedenen Umgebungen wandern, beispielsweise von der Außenwelt in Krankenhäuser, und um zu verstehen, wie sie die Fähigkeit erwerben, Antibiotika zu resistent zu werden – eine wachsende Bedrohung für die öffentliche Gesundheit.
Ein Team von Forschern unternahm den Versuch, einen spezifischen, übersehenen Winkel dieser mikrobiellen Welt zu erforschen: die öffentlichen Verkehrssysteme von Städten auf der ganzen Welt. Während Krankenhäuser als bekannte Reservoire für gefährliche Bakterien gelten, war unklar, ob dieselben Organismen auch in U-Bahnen, Bussen und Zügen lauerten und, falls dem so ist, ob sie sich zwischen diesen öffentlichen Räumen und klinischen Einrichtungen bewegten. Die Wissenschaftler analysierten genetische Daten aus 15 verschiedenen Projekten, die 128 Städte in 19 Ländern abdeckten, darunter große Knotenpunkte wie New York, London und Tokio. Aus diesen Proben rekonstruierten sie 839 Teilgenome, sogenannte metagenom-assemblierte Genome, welche die genetischen Blaupausen der in diesen Transportsystemen lebenden Bakterien darstellen. Sie konzentrierten ihre detaillierte Analyse auf 269 dieser hochwertigen Genome, die zu mehr als 20 verschiedenen Arten der Bakteriengattung Acinetobacter gehörten. Während eine Spezies, Acinetobacter baumannii, berühmt dafür ist, Krankenhausinfektionen zu verursachen, stellten die Forscher fest, dass die öffentlichen Verkehrssysteme von fünf anderen, weniger untersuchten Arten dominiert wurden: A. nosocomialis, A. ursingii, A. radioresistens, A. schindleri und A. variabilis.
Die Studie zeigte, dass diese Bakterien im öffentlichen Nahverkehr nicht nur zufällige Besucher sind; sie repräsentieren eine reiche, zuvor verborgene Vielfalt. Als die Forscher die genetische Zusammensetzung der in U-Bahnen gefundenen Bakterien mit der in Krankenhäusern gefundenen verglichen, entdeckten sie, dass die U-Bahn-Bakterien eine signifikante Menge an neuer genetischer Varietät hinzufügten. Für einige Arten, einschließlich A. variabilis, erhöhte die Einbeziehung dieser transportbasierten Genome die bekannte genetische Vielfalt um mehr als 90 Prozent. Darüber hinaus trugen diese Bakterien tausende Gene, die in den laborgezüchteten Versionen derselben Arten noch nie gesehen worden waren. Dies deutet darauf hin, dass Wissenschaftler, wenn sie sich nur auf Bakterien verlassen, die in einer Schale gezüchtet werden können, einen großen Teil des genetischen Werkzeugkastens übersehen, den diese Organismen besitzen. Die Analyse ergab, dass für vier der fünf untersuchten Arten die in öffentlichen Verkehrssystemen gefundenen Bakterien genetisch fast identisch mit denen in Krankenhäusern waren, ohne klare genetische Trennung zwischen den beiden Umgebungen. Dies deutet darauf hin, dass sich diese Bakterien frei zwischen den Transportsystemen der Stadt und medizinischen Einrichtungen bewegen, wahrscheinlich getragen durch Fahrgäste und Personal.
Über die bloße Verfolgung der Herkunft dieser Bakterien hinaus untersuchten die Forscher, welche Arten von Antibiotikaresistenzgenen diese Organismen tragen. Sie fanden heraus, dass die Bakterien im öffentlichen Nahverkehr Gene beherbergen, die sie gegen starke Medikamente resistent machen können, einschließlich Genen, die vor Sulfonamiden und Aminoglykosiden schützen. Die Studie hob jedoch auch eine Einschränkung in der Art und Weise hervor, wie Wissenschaftler üblicherweise nach diesen Resistenzgenen suchen. Als die Forscher nur die rekonstruierten Genome betrachteten, fanden sie weit weniger Resistenzgene als bei einer anderen Methode, die die gesamte Umweltprobe scannte und die Ergebnisse dann mit bekannten Bakteriengenomen abglich. Dieser alternative Ansatz enthüllte in einigen Fällen bis zu siebenmal mehr Resistenzgene. Die Ergebnisse legen nahe, dass die rekonstruierten Genome zwar hervorragend geeignet sind, um die Evolutionsgeschichte und Vielfalt der Bakterien zu verstehen, aber das volle Ausmaß der Antibiotikaresistenzbedrohung unterschätzen könnten. Bei einigen Arten waren die Resistenzprofile der Transportbakterien ununterscheidbar von denen in Krankenhäusern, während es in anderen klare Unterschiede gab. Letztlich zeigt die Arbeit, dass öffentliche Verkehrssysteme aktive Knotenpunkte für bakterielle Vielfalt und Übertragung sind und dass die Kombination aus neuen Methoden der Genomrekonstruktion mit traditioneller Analyse essenziell ist, um ein vollständiges Bild der Risiken zu erhalten, die diese unsichtbaren Passagiere für die menschliche Gesundheit darstellen.
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