A novel chromosomally encoded OXA-12-like β-lactamase variant (bla OXA-1433 ) in a new Aeromonas veronii sequence type (ST3591) from ready-to-eat oysters

Bacteriën zijn meesters in aanpassing en evolueren voortdurend nieuwe manieren om te overleven in veranderende omgevingen. Een van hun krachtigste overlevingstools is het vermogen om resistent te zijn tegen antibiotica, de medicijnen die ontworpen zijn om hen te doden. Deze resistentie is niet alleen een probleem dat in ziekenhuizen wordt aangetroffen; het circuleert vrij in rivieren, oceanen en het voedsel dat we eten. Zeevruchten, en met name schelpdieren zoals oesters, leven op het snijvlak van de natuurlijke wereld en menselijke consumptie. Omdat oesters enorme hoeveelheden water filteren om zich te voeden, kunnen ze bacteriën en genetisch materiaal uit hun omgeving concentreren. Dit maakt hen een cruciaal venster voor het begrijpen van hoe resistentiegenen zich door het milieu bewegen en potentieel de mens bereiken. Wetenschappers zijn steeds meer geïnteresseerd in de bacteriën die in kant-en-klare zeevruchten worden gevonden, niet alleen om de voedselveiligheid te waarborgen, maar ook om de natuurlijke evolutie van deze microscopische verdedigers te volgen voordat ze een bedreiging vormen voor de menselijke gezondheid.

In een recente studie onderzochten onderzoekers kant-en-klare oesters uit een commerciële bron in Florianópolis, Brazilië, om te zien welke bacteriën zij met zich meedroegen. Onder de monsters vonden zij een specifiek type bacterie genaamd Aeromonas veronii. Hoewel deze bacterie gebruikelijk is in aquatische omgevingen, was de variant die in deze oesters werd gevonden ongebruikelijk. Het behoorde tot een voorheen onbekende genetische familie, of sequentietype, die de onderzoekers als ST3591 hebben aangeduid. Belangrijkelijker nog, deze specifieke stam vertoonde resistentie tegen een krachtige klasse antibiotica die bekend staat als carbapenems. Deze medicijnen worden vaak beschouwd als een laatste redmiddel bij de behandeling van ernstige infecties, dus het vinden van een bacterie die bestand is tegen deze middelen in voedsel is significant. Het team zette zich in om precies te begrijpen hoe deze bacterie deze resistentie bereikte en waar de genetische instructies hiervoor vandaan kwamen.

Om dit mysterie op te lossen, gebruikten de wetenschappers geavanceerde genetische sequencing om de volledige instructiehandleiding, of het genoom, van de bacterie te lezen. Ze combineerden twee verschillende sequencingtechnologieën om ervoor te zorgen dat ze elk detail van het DNA van het organisme vastlegden. Deze hoogwaardige genetische kaart stelde hen in staat om de specifieke genen te identificeren die verantwoordelijk zijn voor de antibioticaresistentie. Ze ontdekten dat de bacterie een nieuwe versie van een gen genaamd blaOXA-1433 droeg. Dit gen produceert een enzym, een type eiwit dat werkt als een moleculaire schaar, in staat om carbapenem-antibiotica open te knippen en te vernietigen. De onderzoekers noemden deze nieuwe enzymvariant OXA-1433. Het is een nauwe verwant van een bekend enzym genaamd OXA-12, waarbij ze bijna 95 procent van hun aminozuur bouwstenen delen, maar het verschilt op 13 specifieke punten. Ondanks deze kleine verschillen behield het nieuwe enzym de essentiële structurele kenmerken die nodig zijn om te functioneren als een carbapenemase, waardoor het medicijn effectief neutraliseert.

De studie ging verder dan alleen het identificeren van het gen; het onderzocht waar dit gen binnen het DNA van de bacterie leefde en of het gemakkelijk naar andere bacteriën kon springen. De onderzoekers ontdekten dat het blaOXA-1433-gen direct in het hoofdchromosoom van de bacterie was ingebed, de centrale bibliotheek van zijn genetische informatie. Het werd omringd door stabiele, essentiële genen die de bacterie nodig heeft om te overleven, zoals die betrokken bij het bouwen van zijn celwand en het genereren van energie. Cruciaal was dat de regio rond dit resistentiegen de mobiele genetische elementen miste, zoals springende genen of plasmiden, die normaal gesproken helpen bij het snel verspreiden van resistentie tussen verschillende bacteriën. Dit suggereert dat de resistentie een intrinsiek, ingebouwd kenmerk is van deze specifieke bacteriële lijn, in plaats van een recent verworven eigenschap die gemakkelijk kan worden doorgegeven. Het gen lijkt een stabiel onderdeel te zijn van de evolutionaire geschiedenis van de bacterie, die in de loop van de tijd binnen deze groep aquatische bacteriën is behouden.

Om te bevestigen dat dit nieuwe gen inderdaad de oorzaak van de resistentie was, voerde het team laboratoriumtests uit. Ze exposeerden de bacterie aan imipenem, een type carbapenem-antibioticum, en keken of de bacteriën in staat waren om dit af te breken. De resultaten toonden aan dat de bacterie het antibioticum succesvol hydrolyseerde, of afbrak. Ze testten ook of de resistentie afhankelijk was van metaalionen, wat een kenmerk is van een andere klasse resistentienzymen. De test toonde aan dat de resistentie sterk bleef, zelfs wanneer metaalionen werden geblokkeerd, wat bevestigde dat het OXA-1433-enzym, dat geen metalen nodig heeft, het actieve agens was. Deze bevinding sloot de mogelijkheid uit dat een ander type enzym, dat de bacterie ook bezit en dat metalen nodig heeft om te functioneren, de primaire oorzaak van de resistentie was.

De ontdekking van dit nieuwe sequentietype en zijn unieke resistentiegen benadrukt de verborgen diversiteit van bacteriën die in onze voedselvoorraad leven. De onderzoekers vonden dat deze specifieke Aeromonas veronii-stam, met zijn nieuwe genetische identiteit en zijn stabiele, chromosomaal gecodeerde resistentie, een voorheen onbekende combinatie van eigenschappen in het milieu vertegenwoordigt. Hoewel deze specifieke bacterie momenteel geen belangrijke oorzaak is van menselijke ziekten, dient haar aanwezigheid in kant-en-klare oesters als een herinnering dat aquatische ecosystemen dynamische reservoirs zijn voor genetische innovatie. De studie suggereert dat de evolutie van antibioticaresistentie een voortdurend natuurlijk proces is dat plaatsvindt in de voedselketen, gedreven door de constante aanpassing van bacteriën aan hun omgeving. Door deze veranderingen in zeevruchten te monitoren, kunnen wetenschappers beter begrijpen wat de oorsprong en stabiliteit van resistentiegenen is, wat een duidelijker beeld geeft van hoe deze microscopische verdedigers evolueren voordat ze ooit een menselijke patiënt tegenkomen.