Emergence and genomic characterization of a carbapenem- and colistin-resistant Enterobacter chengduensis isolate carrying blaNDM-1 in Northeast China

Stel je de microscopische wereld binnen ons lichaam voor als een bruisende, drukke stad. In deze stad leven veel verschillende soorten bacteriën in buurten zoals de darmen of de longen. Meestal zijn deze bacteriën onschadelijke huisgenoten. Maar soms worden er een paar lastposten die infecties veroorzaken die moeilijk te behandelen zijn. Decennialang hadden artsen een "superwapen" in hun arsenaal genaamd carbapenems, een krachtig type antibioticum dat wordt gebruikt wanneer andere medicijnen falen. Echter, net als in een spellet evenals schaken, leren de bacteriën deze zetten te counteren. Ze evolueren tot "superbugs" die deze medicijnen kunnen negeren. Nog zorgwekkender is dat sommige van deze superbugs leren om een tweede verdedigingslinie genaamd colistine te negeren, wat vaak het allerlaatste redmiddel voor artsen is. Wanneer een bacterie resistent wordt tegen beide, is dat alsof een crimineel een manier heeft gevonden om elk slot in de stad te breken, waardoor de politie zonder sleutels achterblijft. Dit is het gevaarlijke gebied dat wetenschappers proberen in kaart te brengen: uitzoeken hoe deze bacteriën precies veranderen, waar ze zich verstoppen en welke hulpmiddelen ze gebruiken om te overleven.

In dit onderzoek ontdekten onderzoekers van een ziekenhuis in Noordoost-China een nieuw soort bacteriële lastpost die nog nooit eerder in die regio was gezien. Ze vonden een stam van een bacterie genaamd Enterobacter chengduensis (laten we het "Chengdu" noemen) in het luchtwegkanaal van een patiënt. Hoewel deze soort in 2015 voor het eerst werd geïdentificeerd, is het nog steeds een beetje een mysterie vergeleken met zijn meer beroemde neven. Het team gebrude een hightech microscoop genaamd whole-genome sequencing om de volledige instructiehandleiding (het DNA) van de bacterie te lezen. Ze ontdekten dat deze specifie-ke Chengdu-bacterie een "superspion" was die een gevaarlijk wapen droeg: een gen genaamd blaNDM-1. Dit gen werkt als een paar moleculaire scharen die carbapenem-antibiotica kunnen doorsnijden en vernietigen. Nog verrassender was dat deze bacterie ook resistent was tegen colistine, het medicijn van het laatste redmiddel, ook al vonden de onderzoekers niet de gebruikelijke "lockpick"-genen die normaal gesproken deze resistentie veroorzaken.

De wetenschappers identificeerden deze specifieke bacterie als behorend tot een familiegroep genaamd ST414. Toen ze het DNA van deze bacterie vergeleken met andere bacteriën uit de hele wereld, vonden ze dat deze nauw verwant was aan stammen uit andere delen van China, wat suggereert dat het lokaal is gereisd of geëvolueerd. De bacterie was een meester in vermomming en droeg 15 verschillende genen die hielpen bij de resistentie tegen diverse antibiotica, inclusief die gebruikt voor maagproblemen en pijnstillers. Het was echter niet onoverwinnelijk. De onderzoekers testten het tegen een nieuwe generatie medicijnen en ontdekten dat het nog steeds kwetsbaar was voor een aantal specifieke medicijnen, waaronder een medicijn genaamd cefiderocol en een combinatie van aztreonam en avibactam. Het was ook nog steeds gevoelig voor amikacine en tigecycline.

Een van de meest interessante delen van het verhaal is hoe de bacterie resistent werd tegen colistine. Normaal gesproken dragen bacteriën een specifiek gen (zoals mcr) dat fungeert als een schild tegen colistine. Maar toen de wetenschappers naar het DNA van de Chengdu-bacterie keken, ontbrak dat schild. Ze controleerden ook de gebruikelijke verdachten voor andere soorten resistentie en vonden niets. Dit suggereert dat de bacterie misschien een geheim, verborgen trucje gebruikt — misschien een verandering in hoe het zijn eigen interne machinerie controleert — dat de wetenschappers nog niet volledig hebben ontrafeld. Ze vermoeden dat het gevaarlijke blaNDM-1-gen meelift op een klein, cirkelvormig stuk DNA genaamd een plasmide, dat fungeert als een USB-stick die bacteriën aan elkaar kunnen uitwisselen om hun "superkrachten" te delen. Omdat het DNA echter zo repetitief en rommelig was, konden de wetenschappers de hele USB-stick nog niet duidelijk zien; ze wisten alleen dat het gevaarlijke bestand aanwezig was.

De studie concludeert dat hoewel deze bacterie een pittige tegenstander is, hij de oorlog nog niet heeft gewonnen. Het is nog steeds gevoelig voor een aantal belangrijke medicijnen, wat artsen een strijdkans geeft. De onderzoekers waarschuwen dat omdat deze bacterie zowel bij mensen als in de omgeving kan voorkomen, het op manieren kan verspreiden die we niet volledig begrijpen. Ze stellen dat we deze bacteriën in ziekenhuizen en de omgeving zeer nauwlettend in de gaten moeten houden om te voorkomen dat ze een groter probleem worden. Deze ontdekking voegt een nieuw hoofdstuk toe aan ons begrip van hoe deze microscopische steden evolueren, en herinnert ons eraan dat de strijd tegen superbugs een voortdurende race is tussen wetenschap en de natuur.