Phylogenetic and Genomic Analysis of Multi-resistance in Salmonella Enterica

Stel je een wereld voor waarin de minuscule bacteriën die voedselvergiftiging veroorzaken niet alleen leren om de medicijnen te negeren die we gebruiken om hen te doden, maar ook sterker worden door de heelal van dingen die we gebruiken om onze huizen en ziekenhuizen schoon te houden. Dit is het verhaal van Salmonella enterica, een veelvoorkomende bacterie die mensen ziek maakt met koorts en maagklachten, en hoe deze evolueert in Afrika. Wetenschappers weten al lang dat wanneer we te veel antibiotica gebruiken, bacteriën kunnen veranderen om ertegen te overleven. Maar er is een nieuwere, complexere gedachte: dat bacteriën ook kunnen overleven omdat ze worden blootgesteld aan andere chemicaliën, zoals de zware metalen die aanwezig zijn in afvalwater van mijnbouw of de desinfectiemiddelen in onze zepen. Deze niet-medische chemicaliën kunnen de bacteriën per ongeluk leren hoe ze resistent worden tegen werkelijke medicijnen. Dit gebeurt omdat dezelfde biologische instrumenten die de bacteriën gebruiken om een giftig metaal naar buiten te duwen, ook een antibioticum naar buiten kunnen duwen. Het begrijpen van deze verborgen connectie is cruciaal, want als we alleen stoppen met het gebruik van antibiotica maar deze andere chemicaliën negeren, kunnen de bacteriën nog steeds superresistent worden.

Een team van onderzoekers van het Genomac Institute zette zich af om precies in kaart te brengen hoe dit over het Afrikaanse continent gebeurt. Ze verzamelden genetische blauwdrukken, genomen, van twintig verschillende monsters van Salmonella. Deze monsters kwamen uit een grote verscheidenheid aan bronnen, waaronder menselijk bloed en ontlasting, landbouwhuisdieren zoals kippen en runderen, en voedselproducten zoals sesamzaad en rauwe kip. De monsters werden verzameld in elf verschillende landen, variërend van Tanzania en Nigeria tot Zuid-Afrika en de Democratische Republiek Congo, over een periode van 2019 tot 2025. Door naar het DNA van deze bacteriën te kijken, konden de onderzoekers niet alleen zien tegen welke medicijnen de bacteriën resistent waren, maar ook hoe ze aan elkaar gerelateerd waren en welke omgevingsdruk hen had gevormd.

Het eerste wat de wetenschappers ontdekten, was dat deze bacteriën voortdurend grenzen oversteken. Hoewel de monsters uit verschillende landen kwamen, toonde de genetische analyse aan dat veel van de bacteriën nauw aan elkaar verwant waren, waarbij ze familiegroepen vormden die nationale grenzen overspanden. Zo waren bacteriën gevonden in Nigeria genetisch zeer vergelijkbaar met die in Tunesië, en stammen uit Kenia kwamen nauw overeen met die uit Malawi. Dit suggereert dat de bacteriën reizen langs handelsroutes en door de beweging van vee en voedsel, in plaats van vast te zitten in één land. De onderzoekers vonden echter ook dat het vermogen van de bacteriën om resistent te zijn tegen drugs niet verbonden was aan hun stamboom. Twee bacteriën konden genetisch zeer nauw verwant zijn, maar een totaal ander resistentieprofiel hebben. Dit betekent dat de genen voor resistentie tegen drugs zeer snel tussen bacteriën springen, waarschijnlijk gedragen door mobiele stukjes DNA die gemakkelijk gedeeld kunnen worden, in plaats van dat ze langzaam van ouder op kind worden doorgegeven.

Een van de meest verrassende bevindingen betrof hoe deze bacteriën resistent zijn tegen een specifieke klasse medicijnen genaamd fluoroquinolonen, waartoe ciprofloxacine behoort, een veelgebruikte behandeling voor ernstige infecties. Normaal gesproken verwachten wetenschappers dat een specifieke pomp in de celwand van de bacterie de belangrijkste reden is voor deze resistentie. Maar in deze Afrikaanse monsters was een andere pomp, de AcrEF-TolC, de dominante drijfveer van de resistentie, die de plaats innam van de meer gebruikelijke pomp. Dit is belangrijk omdat ciprofloxacine een cruciaal medicijn is voor de behandeling van invasieve salmonella-infecties, en als de bacteriën een ander mechanisme gebruiken om ertegen resistent te zijn, moeten artsen dit begrijpen om patiënten effectief te behandelen. De studie vond ook dat de bacteriën niet alleen resistent waren tegen antibiotica, maar ook tegen de chemicaliën die we gebruiken om schoon te maken. De onderzoekers vonden sterke verbanden tussen genen die bacteriën helpen te overleven bij blootstelling aan desinfectiemiddelen zoals triclosan (gevonden in zepen) en quaternaire ammoniumverbindingen (gevonden in veel schoonmaakmiddelen) en de genen die hen resistent maken tegen antibiotica. Dit bevestigt dat het gebruik van deze schoonmaakproducten per ongeluk selecteert voor bacteriën die moeilijker te doden zijn met medicijnen.

Het onderzoek keek ook naar zware metalen, die vaak aanwezig zijn in het milieu door mijnbouw en industriële activiteiten. De studie vond dat genen die bacteriën in staat stellen te overleven bij blootstelling aan metalen zoals goud, zink en zilver, vaak direct naast genen lagen die resistentie tegen krachtige antibiotica verlenen. In verschillende van de landen waar de monsters vandaan kwamen, is goudwinning een belangrijke industrie, en zink wordt veel toegevoegd aan veevoer om de dieren te helpen groeien. De onderzoekers concludeerden dat de vervuiling door deze activiteiten een constante, laagwaardige druk op de bacteriën creëert. Deze druk dwingt de bacteriën om hun verdedigingssystemen actief te houden, en door dat te doen, houden ze ook hun resistentie tegen antibiotica actief. Het is een geval van kruisresistentie, waarbij het overleven van de ene dreiging de bacteriën automatisch sterker maakt tegen een andere.

De onderzoekers keken ook naar hoe de bacteriën deze verdedigingssystemen controleren. Ze vonden dat de bacteriën een geavanceerd netwerk van interne schakelaars gebruiken om hun resistentiepompen aan en uit te zetten. Interessant genoeg vertrouwden de bacteriën in deze studie niet op één specifieke schakelaar die gebruikelijk is in andere delen van de wereld. In plaats daarvan gebruikten ze een andere set regulatoren, wat suggereert dat deze Afrikaanse stammen unieke manieren hebben ontwikkeld om hun verdediging te beheren op basis van hun lokale omgeving. De studie toonde aan dat de kern-DNA van de bacteriën, die bepaalt wat voor soort kiem het is, zeer stabiel en vergelijkbaar bleef over het hele continent. Maar de extra DNA, die de resistentiegenen draagt, was zeer variabel en constant aan het veranderen. Dit betekent dat hoewel de bacteriën verwant zijn, hun vermogen om behandelresistente infecties te veroorzaken, snel wordt gevormd door lokale omstandigheden.

Uiteindelijk schetst dit onderzoek een beeld van een complexe strijd waarbij de bacteriën niet alleen winnen omdat van hoe wij medicijnen gebruiken, maar ook omdat van hoe wij ons milieu beheren. De studie suggereert dat het bestrijden van drugresistente salmonella in Afrika een bredere aanpak vereist. Het is niet genoeg om alleen het gebruik van antibiotica in ziekenhuizen en op boerderijen te controleren. De bevindingen wijzen erop dat het reguleren van de lozing van zware metalen uit mijnen en het controleren van het gebruik van bepaalde biociden in schoonmaakproducten even belangrijk zijn. Als deze omgevingsdrukken niet worden aangepakt, zullen de bacteriën zich blijven ontwikkelen en resistentiegenen blijven delen, wat het moeilijker maakt om infecties te behandelen. De onderzoekers bevelen aan dat landen in de regio samenwerken om deze bacteriën over grenzen heen te monitoren, industriële vervuiling te reguleren en het gebruik van niet-antibiotische chemicaliën te beheren om de cirkel te doorbreken die deze resistentie aanjaagt. Door het volledige plaatje te begrijpen van hoe deze bacteriën overleven, van hun familiegeschiedenis tot de chemicaliën die ze dagelijks tegenkomen, kunnen we betere strategieën ontwikkelen om de volksgezondheid te beschermen.