روش جدیدی تشخیص ژن های مقاومت آنتی بیوتیکی در فاضلاب را افزایش می دهد

4 مارس 2025-مقاومت آنتی بیوتیکی -© Shutterstock/Christoph Burgstedt

مقاومت آنتی بیوتیکی یک بحران جهانی در حال تشدید است که توانایی ما را برای درمان موثر عفونت های باکتریایی به خطر می اندازد.

استفاده بیش از حد و سوء استفاده از آنتی بیوتیک ها در مراقبت های بهداشتی و کشاورزی این موضوع را تسریع می کند و به باکتری ها اجازه می دهد تا در برابر این داروهای نجات دهنده زندگی دفاع کنند.

عامل اصلی این مقاومت، انتقال ژن های مقاومت آنتی بیوتیکی (ARGs) بین باکتری ها است که می تواند از طریق منابع محیطی مانند فاضلاب پخش شود.

سازمان جهانی بهداشت (WHO) مقاومت آنتی بیوتیکی را به عنوان یکی از مهمترین تهدیدات سلامت عمومی قرن بیست و یکم شناسایی کرده است. از آنجایی که باکتری ها نسبت به آنتی بیوتیک های رایج مقاوم می شوند، عفونت هایی که یک بار قابل درمان هستند ممکن است کشنده شوند.

نیاز به روش های نظارتی قوی برای ردیابی گسترش ARGها بیش از هر زمان دیگری ضروری است. برای مبارزه با این نگرانی فزاینده، محققان مؤسسه بیولوژی ژنومی Carl R. Woese یک تکنیک متاژنومیکس غنی شده با CRISPR را توسعه داده اند.این روش نوآورانه به طور قابل توجهی تشخیص ژن های مقاومت آنتی بیوتیکی در فاضلاب را بهبود می بخشد و بینش های ارزشمندی را در مورد گسترش مقاومت در جوامع ارائه می دهد.

ARG ها در محیط های مختلفی از جمله بیمارستان ها، مزارع و سیستم های فاضلاب یافت می شوند. فاضلاب، به طور خاص، به عنوان یک مخزن برای این ژن ها عمل می کند و DNA انسان، باکتری و ویروس را مخلوط می کند.همانطور که فاضلاب در مناطق شهری و روستایی حرکت می کند، مواد ژنتیکی را از منابع متعدد جمع آوری می کند و آن را به مکان اصلی برای انتشار ARG تبدیل می کند.

چالش در شناسایی موثر ژن‌های مقاومت آنتی‌بیوتیکی در این مخلوط‌های ژنتیکی پیچیده است، زیرا آنها کمتر از ۱٪ از کل DNA موجود در نمونه‌ها را تشکیل می‌دهند.روش های تشخیص سنتی، مانند واکنش زنجیره ای پلیمراز کمی (qPCR)، به طور گسترده ای برای شناسایی ARG های شناخته شده استفاده شده است. با این حال، این رویکرد زمان‌بر و محدود به توالی‌های ژنی از پیش انتخاب شده است و بخش قابل‌توجهی از مواد ژنتیکی بررسی نشده باقی می‌ماند.

qPCR بسیار حساس است، اما نیاز به طراحی و اعتبار سنجی پرایمرهای خاصی دارد، فرآیندی که می تواند کار فشرده باشد. متاژنومیکس با تعیین توالی تمام قطعات DNA در یک نمونه، تجزیه و تحلیل گسترده تری ارائه می دهد، اما حساسیت آن به دلیل حضور بیش از حد DNA غیر ARG همچنان یک چالش باقی می ماند.

برای غلبه بر این محدودیت ها، محققان سیستم CRISPR-Cas9 را در تجزیه و تحلیل متاژنومی ادغام کردند. برخلاف روش‌های مرسوم که به‌طور تصادفی DNA را قطعه قطعه می‌کنند، CRISPR-Cas9 به طور انتخابی توالی‌های حاوی ARG را هدف قرار داده و قطع می‌کند.

این تیم 6010 RNA راهنما را طراحی کرد که قادر به اتصال به سایت‌های ARG هستند و فرآیند قطعه‌سازی دقیق‌تر و کارآمدتر را تضمین می‌کنند. این رویکرد هدفمند شانس تشخیص ژن های مقاومت آنتی بیوتیکی در نمونه های فاضلاب را به شدت افزایش می دهد.

با غنی سازی قطعات ARG قبل از تعیین توالی، این روش به طور قابل توجهی نرخ تشخیص را افزایش می دهد. در مقایسه با متاژنومیکس استاندارد، رویکرد تقویت شده با CRISPR آستانه تشخیص را با یک مرتبه بزرگی از 10-4 به 10-5 کاهش می دهد.این پیشرفت شناسایی 1189 ARG اضافی و 61 خانواده ARG را که قبلاً شناسایی نشده بودند در نمونه های فاضلاب امکان پذیر کرد.

افزایش حساسیت به این معنی است که حتی ARG های موجود در غلظت های بسیار پایین را می توان اکنون شناسایی کرد و دید جامع تری از مقاومت آنتی بیوتیکی در یک جامعه خاص ارائه می دهد.

تشخیص ARG در فاضلاب، بینش های مهمی را برای مقامات بهداشت عمومی و متخصصان پزشکی ارائه می دهد.با نظارت بر ژن های مقاومت در سیستم های فاضلاب، مقامات می توانند تهدیدات در حال ظهور را پیش بینی کرده و مداخلات به موقع را اجرا کنند. تشخیص زودهنگام امکان تصمیم گیری بهتر در مورد دستورالعمل های تجویز آنتی بیوتیک و اقدامات کنترل عفونت را فراهم می کند.علاوه بر این، توانایی ردیابی ARGs در فاضلاب می تواند به محققان کمک کند تا چگونگی گسترش مقاومت بین گونه های مختلف باکتریایی را درک کنند.

یافته‌های این مطالعه نشان می‌دهد که نظارت بر فاضلاب می‌تواند به عنوان یک سیستم هشدار اولیه برای شیوع احتمالی عفونت‌های مقاوم باشد.این می تواند به ویژه در بیمارستان ها و مراکز مراقبت های بهداشتی، جایی که عفونت های مقاوم به آنتی بیوتیک خطر قابل توجهی برای بیماران آسیب پذیر ایجاد می کند، ارزشمند باشد.

با نگاهی به آینده، محققان قصد دارند روش مبتنی بر CRISPR خود را به سایر نمونه‌های محیطی گسترش دهند و کاربردهای آن را فراتر از فاضلاب گسترش دهند.

این رویکرد پیشگام، گامی مهم در جهت افزایش نظارت ARG است که در نهایت به تلاش‌ها برای کاهش گسترش مقاومت آنتی‌بیوتیکی کمک می‌کند.با استفاده از ابزارهای ژنتیکی پیشرفته مانند CRISPR، محققان نه تنها قابلیت‌های تشخیص را بهبود می‌بخشند، بلکه پایه‌ای را برای استراتژی‌های آینده برای مبارزه با این موضوع مهم سلامت جهانی ایجاد می‌کنند.