DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-90777-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40204742
تاريخ النشر: 2025-04-09
المؤلف: Rajindra Napit وآخرون
الموضوع الرئيسي: الميكروبيوم المعوي والصحة
نظرة عامة
تبحث ورقة البحث في انتشار وانتقال مقاومة المضادات الحيوية (AMR) في مستوطنة مؤقتة في كاتماندو، نيبال، مع التأكيد على ضرورة اتباع نهج الصحة الواحدة الذي يدمج صحة الإنسان والحيوان والبيئة. باستخدام الميتاجينوميات الشاملة، قامت الدراسة بتحليل عينات براز بشرية وطيور، بالإضافة إلى عينات بيئية، كاشفة عن شبكة معقدة من البكتيريا المسببة للأمراض، وعوامل الضراوة (VFs)، وجينات مقاومة المضادات الحيوية (ARGs). ومن الملاحظ أن Prevotella spp. تم تحديدها كالبكتيريا المعوية السائدة في العينات البشرية، وكشفت التحليلات عن 72 عامل ضراوة و53 نوعًا فرعيًا من جينات المقاومة، حيث أظهرت عينات الدواجن أعلى تنوع في جينات المقاومة. تشير النتائج إلى أن الاستخدام المكثف للمضادات الحيوية في إنتاج الدواجن يساهم بشكل كبير في انتشار AMR.
تؤكد الخاتمة على الترابط بين AMR عبر مجالات مختلفة وتبرز دور نقل الجينات الأفقي في انتشار المقاومة. تعتبر الميكروبيوم المعوي خزانًا حيويًا لجينات المقاومة، مع الإشارة إلى أن العينات البيئية تدل على تدفق محتمل للجينات من المستشفيات المحلية. تدعو الدراسة إلى أنظمة مراقبة متكاملة وإدارة مسؤولة للمضادات الحيوية للتخفيف من تأثير AMR على الصحة العامة. وتؤكد على أهمية استراتيجية شاملة تجمع بين نهج الصحة الواحدة وجهود المراقبة العالمية لتعزيز الكشف المبكر والسيطرة على العدوى المرتبطة بـ AMR، مما يحمي في النهاية الصحة العامة من هذه التهديد المتزايد.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث ديناميات نقل الجينات الأفقي (HGT) وآثارها على جينات مقاومة المضادات الحيوية (AMR) عبر بيئات مختلفة، بما في ذلك العينات البيئية والطيور والبشر. باستخدام أداة WAAFLE، توقع المؤلفون أحداث HGT وأجروا تحليل شبكة للوفرة النسبية لجينات AMR باستخدام Gephi ومنصة ResistoXplorer. كشفت هذه التحليلات عن ارتباطات كبيرة بين مختلف جينات مقاومة المضادات الحيوية (ARGs) والمجموعات البكتيرية، مما يبرز الطبيعة المترابطة لآليات AMR.
تشير النتائج إلى أن البكتيريا البيئية تظهر HGT ملحوظ، خاصة فيما يتعلق بالجينات المرتبطة بالإنزيمات الترجمية وبوليميراز الحمض النووي الموجه بواسطة RNA، بالإضافة إلى جينات الإنترجاز والانتقال من عائلات تسلسل الإدخال (IS) التي تسهل التحول الليزوجيني. في عينات الدواجن، تم تحديد إنترجازات وانتقالات محددة، والتي تُعرف بأنها تعزز انتشار AMR، بما في ذلك عامل نقل مقاومة الكليندامايسين BtgB. عرضت العينات البشرية مجموعة متنوعة من الجينات المرتبطة بـ AMR، بما في ذلك تلك التي تشفر أنظمة نقل متعددة الأدوية وبروتينات مقاومة متنوعة. بشكل عام، تسلط الدراسة الضوء على التفاعل المعقد لـ HGT عبر موائل بيئية مختلفة، مما يبرز أهمية هذه الديناميات في سياق مقاومة المضادات الحيوية.
الطرق
يستعرض قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك مصادرها وطرق تحضيرها، بالإضافة إلى إعداد التجربة، والذي قد يتضمن مواصفات المعدات وتكويناتها. كما يصف القسم البروتوكولات المتبعة لجمع البيانات، بما في ذلك أي تحليلات إحصائية أو طرق حسابية تم تطبيقها لتفسير النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، تؤكد المنهجية على إمكانية تكرار التجارب، حيث توفر تفاصيل كافية للباحثين الآخرين لتكرار الدراسة. يتضمن ذلك معلومات حول أحجام العينات، وتدابير التحكم، وأي متغيرات ذات صلة تم التلاعب بها أو قياسها طوال عملية البحث. بشكل عام، يعد هذا القسم أساسًا حيويًا لفهم صحة وموثوقية النتائج المقدمة في الورقة.
النتائج
في هذه الدراسة، تم الحصول على بيانات تسلسل 16S rRNA كافية من إجمالي 11 عينة، تتكون من 8 عينات براز بشرية و3 عينات براز طيور. بالمقابل، نجح نهج الميتاجينوميات الشاملة في توليد بيانات تقريبًا لجميع العينات، حيث تراوحت أعداد القراءة من 29,000 إلى 2.1 مليون لكل عينة. ومن الملاحظ أن تسلسل 16S rRNA حدد عددًا أكبر من وحدات التصنيف التشغيلية البكتيرية (OTUs) مقارنة بأساليب الميتاجينوميات، كما هو موضح في الجداول التكميلية 5 و6.
ومع ذلك، تم استبعاد عينة مياه واحدة (EW70) من التحليل بسبب فشل التسلسل، حيث أنتجت أقل من 100 قراءة (الجدول التكميلية 6). تم توفير بيانات شاملة لمراقبة الجودة للتسلسلات في الجداول التكميلية 6 و7 و8، مما يضمن الشفافية والموثوقية في النتائج المبلغ عنها.
المناقشة
هدفت الدراسة التي أجريت في ثاباثالي، كاتماندو، إلى التحقيق في مقاومة المضادات الحيوية (AMR) وعوامل الضراوة في مستوطنة حضرية ذات كثافة سكانية عالية، مع التركيز بشكل خاص على التفاعلات بين الميكروبات البشرية والحيوانية والبيئية. تم جمع العينات من الأسر التي تم الإبلاغ عن اتصالها بالحيوانات، بما في ذلك عينات براز بشرية، ودواجن، وبيئة، ومياه. التزمت الدراسة بالإرشادات الأخلاقية التي وضعتها مجلس البحث الصحي في نيبال، مما يضمن الحصول على موافقة مستنيرة من المشاركين. تم استخدام تقنيات الميتاجينوميات، بما في ذلك تسلسل 16S rRNA والتسلسل الشامل، لتحليل المجتمعات الميكروبية وتحديد جينات AMR وعوامل الضراوة.
كشفت النتائج عن مشهد ميكروبي متنوع، حيث كانت Prevotella هي الجنس الأكثر انتشارًا في العينات البشرية، بما يتماشى مع العادات الغذائية في نيبال. تم تحديد بكتيريا مسببة للأمراض مثل E. coli وShigella وCampylobacter، إلى جانب العديد من الجينات الضراوية المرتبطة بأمراض الجهاز الهضمي الشديدة. تم الكشف عن 25 فئة و53 نوعًا فرعيًا من جينات مقاومة المضادات الحيوية، حيث كانت مقاومة التتراسيكلين سائدة بشكل خاص. أشار تحليل الشبكة إلى تفاعلات معقدة بين جينات AMR عبر العينات البشرية والدواجن والبيئة، مما يبرز ضرورة اتباع نهج الصحة الواحدة لمعالجة الآثار الصحية العامة لـ AMR. تؤكد الدراسة على أهمية المراقبة المستمرة وإمكانية استخدام أساليب الميتاجينوميات لتعزيز فهمنا لديناميات AMR في البيئات الحضرية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-90777-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40204742
Publication Date: 2025-04-09
Author(s): Rajindra Napit et al.
Primary Topic: Gut microbiota and health
Overview
The research paper investigates the prevalence and transmission of antimicrobial resistance (AMR) in a temporary settlement in Kathmandu, Nepal, emphasizing the necessity of a One Health approach that integrates human, animal, and environmental health. Utilizing shotgun metagenomics, the study analyzed human and avian fecal samples, as well as environmental samples, revealing a complex network of pathogenic bacteria, virulence factors (VFs), and antimicrobial resistance genes (ARGs). Notably, Prevotella spp. was identified as the dominant gut bacterium in human samples, and the analysis uncovered 72 VFs and 53 ARG subtypes, with poultry samples exhibiting the highest diversity of ARGs. The findings suggest that intensive antibiotic use in poultry production significantly contributes to the dissemination of AMR.
The conclusion underscores the interconnectedness of AMR across different domains and highlights the role of horizontal gene transfer in the spread of resistance. The gut microbiome serves as a crucial reservoir for ARGs, with environmental samples indicating potential gene flow from local hospitals. The study advocates for integrated surveillance systems and responsible antibiotic stewardship to mitigate AMR’s impact on public health. It emphasizes the importance of a holistic strategy that combines a One Health approach with global surveillance efforts to enhance early detection and control of AMR-related infections, ultimately safeguarding public health against this escalating threat.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the dynamics of horizontal gene transfer (HGT) and its implications for antimicrobial resistance (AMR) genes across different environments, including environmental, avian, and human samples. Utilizing the WAAFLE tool, the authors predicted HGT events and conducted a network analysis of AMR gene relative abundance using Gephi and the ResistoXplorer platform. This analysis revealed significant associations between various antimicrobial resistance genes (ARGs) and bacterial taxa, emphasizing the interconnected nature of AMR mechanisms.
The findings indicate that environmental bacteria exhibit notable HGT, particularly involving genes related to translational enzymes and RNA-directed DNA polymerase, as well as integrase and transposase genes from insertion sequence (IS) families that facilitate lysogenic transformation. In poultry samples, specific integrases and transposons were identified, which are known to promote AMR spread, including the Clindamycin resistance transfer factor BtgB. Human samples displayed a diverse array of AMR-related genes, including those encoding multidrug transport systems and various resistance proteins. Overall, the study highlights the complex interplay of HGT across different ecological niches, underscoring the significance of these dynamics in the context of antimicrobial resistance.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including their sources and preparation methods, as well as the experimental setup, which may involve equipment specifications and configurations. The section also describes the protocols followed for data collection, including any statistical analyses or computational methods applied to interpret the results.
Additionally, the methodology emphasizes the reproducibility of the experiments, providing sufficient detail for other researchers to replicate the study. This includes information on sample sizes, control measures, and any relevant variables that were manipulated or measured throughout the research process. Overall, this section serves as a critical foundation for understanding the validity and reliability of the findings presented in the paper.
Results
In this study, a total of 11 samples, consisting of 8 human fecal and 3 bird fecal samples, yielded sufficient 16S rRNA sequencing data. In contrast, the shotgun metagenomics approach successfully generated data for nearly all samples, with read counts varying from 29,000 to 2.1 million per sample. Notably, the 16S rRNA sequencing identified a greater number of bacterial operational taxonomic units (OTUs) compared to the metagenomics methods, as detailed in Supplementary Tables 5 and 6.
However, one water sample (EW70) was excluded from analysis due to a sequencing failure, as it produced fewer than 100 reads (Supplementary Table 6). Comprehensive quality control data for the sequences are provided in Supplementary Tables 6, 7, and 8, ensuring transparency and reliability in the reported findings.
Discussion
The study conducted in Thapathali, Kathmandu, aimed to investigate antimicrobial resistance (AMR) and virulence factors in a densely populated urban settlement, particularly focusing on the interactions between human, animal, and environmental microbiomes. Samples were collected from households with reported human-animal contact, including human fecal, poultry, environmental, and water samples. The research adhered to ethical guidelines set by the Nepal Health Research Council, ensuring informed consent from participants. Metagenomic techniques, including 16S rRNA sequencing and shotgun sequencing, were employed to analyze the microbial communities and identify AMR genes and virulence factors.
The findings revealed a diverse microbial landscape, with Prevotella being the most prevalent genus in human samples, consistent with dietary habits in Nepal. Pathogenic bacteria such as E. coli, Shigella, and Campylobacter were identified, alongside numerous virulence genes associated with severe gastrointestinal diseases. A total of 25 classes and 53 subtypes of antimicrobial resistance genes were detected, with tetracycline resistance being particularly dominant. Network analysis indicated complex interactions among AMR genes across human, poultry, and environmental samples, highlighting the necessity for a One Health approach to address the public health implications of AMR. The study underscores the importance of continuous surveillance and the potential for metagenomic approaches to enhance our understanding of AMR dynamics in urban settings.