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Studio: 25% dei batteri patogeni può spargere la resistenza a antibiotici direttamente ai pari

Gli ingegneri biomedici alla Duke University hanno dimostrato che almeno 25 per cento dei batteri patogeni resistenti agli antibiotici trovati nelle impostazioni cliniche sono capaci di diffusione della loro resistenza direttamente ad altri batteri. Allo stesso tempo, lo studio indica che, malgrado le credenze comuni, l'uso degli antibiotici non pregiudica significativamente la tariffa a cui i geni responsabili della resistenza operazione swap fra i batteri.

I ricercatori hanno usato un nuovo metodo di alto-capacità di lavorazione di misurazione della tariffa a cui i batteri scambiano i pacchetti di DNA che concedono la resistenza. La velocità e la capacità automatizzare gran parte del trattamento potrebbero permettere le nuove comprensioni in che variabili pregiudicano le tariffe di trasferimento. Tali sforzi hanno potuto aiutare medici lenti--o persino inverso--la diffusione di resistenza in agenti patogeni umani sicuri.

I risultati compare online il 24 gennaio negli avanzamenti di scienza del giornale.

La nostra ricerca precedente ha indicato che gli antibiotici non pregiudicano la tariffa a cui i batteri spargessero la loro resistenza direttamente alla loro comunità negli sforzi del laboratorio di E.coli. Ma abbiamo voluto vedere se questo è egualmente vero per gli sforzi clinici degli agenti patogeni che sono realmente là fuori nel mondo.„

Lingchong voi, professore di assistenza tecnica biomedica a duca

Ogni agente patogeno resistente agli antibiotici porta una ricetta genetica per la sua resistenza. Ma come i biscotti di pepita di cioccolato, non tutte le ricette sono le stesse e non tutti sono insegnati a facilmente ad altri. Un modo di trasferimento della resistenza, tuttavia, è affinchè quella ricetta genetica sia scritto ordinatamente in un libro ripartibile degli ordinamenti chiamati un plasmide, che poi è preso ed è letto dall'i batteri vicini con un trattamento chiamato coniugazione.

Mentre la resistenza agli antibiotici si sviluppa intorno al mondo, gli scienziati stanno provando a capire come fermarlo dalla diffusione. Ma perché molti antibiotici vengono dalle sorgenti naturali, sarebbe impossible completamente da eliminare la resistenza nel selvaggio, che significa che ci saranno sempre bacini idrici dei batteri riempiti di libri di ricetta per la resistenza.

“Così il problema reale è la resistenza che trasforma il suo modo gli agenti patogeni che nocciono agli esseri umani,„ ha detto Jonathan Bethke, uno studente di PhD che lavorano in voi il laboratorio e primo autore di nuovo documento. “Stiamo guardando per guadagnare una buona comprensione di che fattori pregiudicano la loro tariffa di coniugazione, perché se potete rallentare quel trattamento abbastanza giù, i plasmidi che portano i geni per la resistenza possono cadere da una popolazione.„

Una sfida principale nell'effettuazione del quello, tuttavia, è il metodo classico di misurazione della tariffa di coniugazione del plasmide. Oltre ad essere ad alto contenuto di manodopera, i ricercatori devono aspettare 16 ore una nuova generazione di batteri per svilupparsi nelle capsule di Petri Prima che possano ottenere i risultati. Questa restrizione rende questo approccio difficile usare quando si occupa delle centinaia di ceppi batterici e di dozzine di variabili tweakable.

Piuttosto che richiedendo gli anni per rifinire l'esperimento, il Bethke ed il Allison Lopatkin, un ex dottorando in voi laboratorio che ora è un assistente universitario all'istituto universitario di Barnard, sviluppato un metodo che gli usi hanno automatizzato il macchinario e le prese soltanto cinque ore per consegnare i risultati. Comprende mescolare due sforzi dei batteri -- uno sforzo erogatore con resistenza ad un antibiotico che può essere diviso con coniugazione del plasmide e uno sforzo ricevente con la resistenza ad un antibiotico differente che non può essere diviso.

Dopo avere lasciato gli sforzi mescolare ed il trattamento di coniugazione del plasmide ha luogo per una quantità prestabilita di tempo, la miscela batterica è trasferita alle fiale che contengono le sostanze nutrienti ed entrambi gli antibiotici. Ciò promuove la crescita dei batteri riceventi che hanno ricevuto con successo i plasmidi del donatore per la resistenza mentre arrestano la crescita di tutto il resto. I ricercatori poi aspettano per vedere quanto tempo la popolazione recentemente doppio-resistente cattura per colpire una determinata soglia, che indica quanto là erano di cominciare con.

“Questo metodo apre la capacità di provare molte altre droghe o fattori ambientali per vedere come influenzano la tariffa di coniugazione del plasmide,„ ha detto Bethke. “Egualmente permetterà che noi determiniamo se c'è un certo ordinamento del determinante genetico che sta svolgendo un maggior ruolo in termini di tariffa di trasferimento.„

Voi e Bethke hanno collaborato con Joshua Thaden, assistente universitario di medicina a duca e Fowler di Vance, professore di medicina a duca, per ottenere 219 isolati clinici degli agenti patogeni - errori trovati in pazienti reali. Tutti hanno portato oggi la resistenza a beta-lactamase, il modulo più comune di in uso antibiotico. Misurando la tariffa di coniugazione del plasmide con e senza i beta-lactamase antibiotici presenti, hanno indicato che, eccezione fatta per un valore erratico, questi antibiotici non aumentano la tariffa della divisione della resistenza. Egualmente hanno scoperto che più di 25 per cento degli sforzi studiati sono capaci della divisione della loro resistenza alle tariffe abbastanza velocemente per individuare.

“Siamo stati sorpresi scoprire che era quella alta,„ vi abbiamo detto. “E naturalmente gli antibiotici promuovono la diffusione della resistenza, ma il nostro studio indica che è soprattutto con la dinamica selettiva della popolazione piuttosto che con una tariffa aumentata di coniugazione del plasmide.„

I ricercatori anche esaminati come le leggere variazioni nella genetica dei plasmidi di resistenza stesse pregiudicano la loro tariffa di coniugazione. Lavorando con il laboratorio di Minfeng Xiao alla genomica di BGI a Shenzhen, la Cina, il gruppo ha ordinato i plasmidi ed ha analizzato il loro DNA. Poi hanno categorizzato i plasmidi “nei gruppi di mobilità„ basati su come saltano fra le celle e “i gruppi di incompatibilità„ basati su come ripiegano. Molto con sorpresa dei ricercatori, hanno scoperto quello mentre c'erano soltanto due gruppi di mobilità presenti nella loro libreria del campione, nessune di cui hanno pregiudicato la tariffa di coniugazione, là erano sette gruppi di incompatibilità -- e molto hanno pregiudicato la tariffa di coniugazione.

“Questo è un preliminare ma scoperta potenzialmente grande perché queste due classificazioni sono genetiche, che le rende facili identificare,„ ha detto Bethke. “Se possiamo cominciare costruire una libreria dei marcatori genetici che indicano che cosa la capacità di un agente patogeno di spargere la sua resistenza direttamente ai sui vicini è probabile essere, quindi possiamo cominciare fare le grandi previsioni circa le cose come le reti orizzontali di trasferimento del gene e forse cominciare capire come i batteri stanno evolvendo con questo trattamento at large.„

“Una tal libreria egualmente avrebbe implicazioni dirette per come medici utilizzano gli antibiotici nel campo,„ vi ha detto. “Questa conoscenza aiuterebbe medici a prendere le decisioni paziente-specifiche sopra indipendentemente da fatto che amministrare gli antibiotici.„

Source:
Journal reference:

Bethke, J.H., et al. (2020) Environmental and genetic determinants of plasmid mobility in pathogenic Escherichia coli. Science Advances. doi.org/10.1126/sciadv.aax3173.