DOI: https://doi.org/10.1038/s42003-023-05745-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38184739
تاريخ النشر: 2024-01-06
المؤلف: Jiewen Huang وآخرون
الموضوع الرئيسي: مقاومة المضادات الحيوية في البكتيريا
نظرة عامة
تدرس الدراسة الانتشار والتوزيع العالمي لبكتيريا الإشريكية القولونية المقاومة للكاربينيم (CREC)، حيث تحلل 7,918 عينة من 497 نوع تسلسل (ST) عبر 75 دولة. تسلط الضوء على تحول كبير في الأنواع السائدة خلال العقد الماضي، حيث انتقلت من سلالات شديدة الفوعة مثل ST131 و ST38 إلى سلالات أكثر مقاومة للمضادات الحيوية مثل ST410 و ST167. يرتبط ظهور سلالات CREC المقاومة لمتعددة الأدوية، التي تحتوي على بلازميدات تحمل جينات مقاومة لمضادات البيتا لاكتاماز واسعة الطيف (ESBL)، بثلاثة أحداث بارزة لتبديل المضيف.
تحدد الأبحاث الجينات الرئيسية المقاومة، بما في ذلك bla NDM-5 و bla KPC-2 و bla OXA-48، جنبًا إلى جنب مع البلازميدات مثل IncFI و IncFII و IncI، كعوامل حاسمة في انتشار CREC. علاوة على ذلك، توثق عمليات النقل بين القارات لسلالات CREC الرئيسية وتحدد مراكز النقل المهمة لأنواع معينة في دول مختلفة، بما في ذلك المملكة المتحدة وإيطاليا والولايات المتحدة والهند وفرنسا ومصر وتايلاند. تعتبر هذه النتائج مهمة لاستراتيجيات الرعاية الصحية التي تهدف إلى إدارة ومنع عدوى CREC وانتقالها عبر مضيفين وإعدادات مختلفة.
الطرق
في هذه الدراسة، تم الحصول على تسلسلات الجينوم لسلالات Enterobacteriaceae المقاومة للكاربينيم (CREC) من قاعدة بيانات NCBI Pathogens، مع جمع البيانات حتى 1 مارس 2023. تتضمن مجموعة البيانات 11,051 عينة CREC تحمل جينات مقاومة مختلفة للكاربينيم (CRGs)، على وجه التحديد “bla KPC” و “bla NDM” و “bla OXA-48” و “bla OXA-232” و “bla OXA-181” و “bla IMP” و “bla VIM”. من هذا، تم تجميع 2,320 سلالة CREC تفتقر إلى تسلسلات كاملة، مما أدى إلى مجموعة بيانات نهائية من 7,918 عينة بعد استبعاد السلالات التي لا تحتوي على بيانات زمنية وجغرافية.
تم تأكيد نوع العينات الجينومية باستخدام SpeciesFinder v2.0. تم تطبيق تدابير صارمة لمراقبة الجودة على البيانات الجينومية المجمعة، والتي تضمنت تصفية العينات بناءً على معلومات موقع الجمع واستبعاد التجميعات ذات أحجام الجينوم خارج نطاق 4 إلى 6 ميغاباز أزواج (Mbp). تعرف الدراسة مقاومة الكاربينيم بوجود واحد على الأقل من الجينات المشفرة للكاربينيم المحددة.
النتائج
في هذه الدراسة، تم إجراء تحليل شامل لـ 11,091 تسلسل جينومي لسلالات Enterobacteriaceae المقاومة للكاربينيم (CRECs)، مما يكشف عن رؤى مهمة حول توزيع وانتشار جينات مقاومة الكاربينيم (CRGs) عبر مناطق جغرافية مختلفة. بشكل ملحوظ، تم العثور على الجين bla NDM بشكل رئيسي في آسيا وأمريكا الشمالية وأفريقيا وأوقيانوسيا، بينما كان bla OXA-48-like الأكثر انتشارًا في أوروبا، وخاصة في إسبانيا وفرنسا. أظهر مجموعة النسب D انتشارًا عاليًا لـ bla OXA-48-like، حيث تمثل 41.42% من إجمالي السكان، بينما كانت مجموعة النسب C تحتوي على أعلى نسبة من السلالات التي تحمل عدة CRGs. أبرزت الدراسة أن أفريقيا كانت لديها أعلى نسبة من السلالات التي تحمل عدة CRGs، مع تصدر الهند بين الدول الفردية.
أشارت الاتجاهات الزمنية إلى زيادة كبيرة في انتشار bla NDM-5 من 2013 إلى 2023، في حين لوحظ انخفاض في bla KPC-2. كما كشفت التحليلات عن تحول ملحوظ في الأنواع السائدة (STs) على مر السنين، مع ظهور ST167 كسلالة سائدة في آسيا وأمريكا الشمالية. حددت الدراسة طرق نقل مهمة لـ ST131 و ST167 و ST410 عبر القارات، مما يبرز دور النقل الحيواني والعوامل البيئية في انتشار هذه السلالات المقاومة. علاوة على ذلك، أكدت النتائج على الزيادة المتزايدة في انتشار جينات مقاومة المضادات الحيوية المختلفة على البلازميدات، وخاصة جينات البيتا لاكتاماز واسعة الطيف (ESBL)، مع ملاحظة انخفاض في CRGs المحمولة على البلازميدات. بشكل عام، توفر هذه الأبحاث رؤى حاسمة حول المشهد المتطور لمقاومة المضادات الحيوية في CRECs، مما يبرز الحاجة إلى المراقبة المستمرة والتدخلات المستهدفة.
المناقشة
تقدم قسم المناقشة في الدراسة تحليلًا شاملاً للتوزيع العالمي وأنماط النقل لبكتيريا Enterobacteriaceae المقاومة للكاربينيم (CREC) عبر 75 دولة، باستخدام 497 نوع تسلسل (STs). تكشف النتائج أن جين bla NDM هو الأكثر انتشارًا بين جينات المقاومة، خاصة في آسيا وأمريكا الشمالية، مع زيادة ملحوظة في النقل إلى دول مثل الولايات المتحدة وفرنسا والصين. في المقابل، يظهر جين bla KPC، المرتبط بمجموعة النسب B2، اتجاهًا متناقصًا، خاصة في أمريكا الجنوبية. كما تسلط الدراسة الضوء على الانتشار الكبير لجين bla OXA-48 في أوروبا وارتفاع حدوثه في سلالات CREC البشرية مقارنة بالمصادر الحيوانية والبيئية.
تحدد الأبحاث ST167 و ST131 و ST140 كأكثر أنواع CREC انتشارًا، مع ظهور ST167 كسلالة سائدة على مدار العقد الماضي بسبب مستويات مقاومتها العالية. تؤكد الدراسة على دور البلازميدات في انتشار جينات المقاومة وتأثير الهجرة البشرية والتجارة والسياسات الصحية على توزيع سلالات CREC. تشير التحليلات الزمنية التطورية إلى أن الأحداث الرئيسية لتبديل المضيف قد ساهمت في ظهور سلالات مقاومة لمتعددة الأدوية. يدعو المؤلفون إلى تعزيز المراقبة والحكم التعاوني على CREC، خاصة في المناطق ذات الاعتماد الاقتصادي العالي، لإدارة انتشار هذه العوامل الممرضة بشكل فعال والتخفيف من مقاومة المضادات الحيوية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s42003-023-05745-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38184739
Publication Date: 2024-01-06
Author(s): Jiewen Huang et al.
Primary Topic: Antibiotic Resistance in Bacteria
Overview
The study investigates the global spread and distribution of carbapenem-resistant Escherichia coli (CREC), analyzing 7,918 isolates from 497 sequence types (ST) across 75 countries. It highlights a significant shift in dominant STs over the past decade, moving from highly virulent strains such as ST131 and ST38 to more antibiotic-resistant strains like ST410 and ST167. The emergence of multi-drug resistant CREC strains, which harbor plasmids containing extended-spectrum beta-lactamase (ESBL) resistance genes, is linked to three notable host-switching events.
The research identifies key resistance genes, including bla NDM-5, bla KPC-2, and bla OXA-48, along with plasmids such as IncFI, IncFII, and IncI, as critical factors in the dissemination of CREC. Furthermore, it documents intercontinental transfers of major CREC strains and outlines significant transmission hubs for specific STs in various countries, including the United Kingdom, Italy, the United States, India, France, Egypt, and Thailand. These findings are instrumental for healthcare strategies aimed at managing and preventing CREC infections and their transmission across different hosts and settings.
Methods
In this study, genomic sequences of carbapenem-resistant Enterobacteriaceae (CREC) strains were sourced from the NCBI Pathogens database, with data collected until March 1, 2023. The dataset includes 11,051 CREC isolates that harbor various carbapenem resistance genes (CRGs), specifically “bla KPC”, “bla NDM”, “bla OXA-48”, “bla OXA-232”, “bla OXA-181”, “bla IMP”, and “bla VIM”. From this, 2,320 CREC strains lacking complete sequences were assembled, resulting in a final dataset of 7,918 isolates after excluding strains without temporal and geographic data.
The species of the genomic samples were confirmed using SpeciesFinder v2.0. Rigorous quality control measures were applied to the assembled genomic data, which involved filtering out samples based on collection site information and excluding assemblies with genome sizes outside the range of 4 to 6 megabase pairs (Mbp). The study defines carbapenem resistance by the presence of at least one of the specified carbapenemase-encoding genes.
Results
In this study, a comprehensive analysis of 11,091 genomic sequences of carbapenem-resistant Enterobacteriaceae (CRECs) was conducted, revealing significant insights into the distribution and prevalence of carbapenem resistance genes (CRGs) across various geographical regions. Notably, the gene bla NDM was predominantly found in Asia, North America, Africa, and Oceania, while bla OXA-48-like was most prevalent in Europe, particularly in Spain and France. Phylogroup D exhibited a high prevalence of bla OXA-48-like, accounting for 41.42% of the total population, whereas phylogroup C had the highest proportion of strains with multiple CRGs. The study highlighted that Africa had the highest percentage of strains with multiple CRGs, with India leading among individual countries.
Temporal trends indicated a significant increase in the prevalence of bla NDM-5 from 2013 to 2023, contrasting with a decline in bla KPC-2. The analysis also revealed a notable shift in the dominant sequence types (STs) over the years, with ST167 emerging as a prevalent strain in Asia and North America. The study identified significant transmission routes for ST131, ST167, and ST410 across continents, emphasizing the role of zoonotic transmission and environmental factors in the dissemination of these resistant strains. Furthermore, the findings underscored the increasing prevalence of various antibiotic resistance genes on plasmids, particularly extended-spectrum beta-lactamase (ESBL) genes, while also noting a decline in plasmid-borne CRGs. Overall, this research provides critical insights into the evolving landscape of antibiotic resistance in CRECs, highlighting the need for ongoing surveillance and targeted interventions.
Discussion
The discussion section of the study provides a comprehensive analysis of the global distribution and transmission patterns of carbapenem-resistant Enterobacteriaceae (CREC) across 75 countries, utilizing 497 sequence types (STs). The findings reveal that the bla NDM gene is the most prevalent CRG, particularly in Asia and North America, with a notable increase in transmission to countries like the United States, France, and China. In contrast, the bla KPC gene, associated with phylogroup B2, shows a declining trend, especially in South America. The study also highlights the significant prevalence of the bla OXA-48 gene in Europe and its higher occurrence in human CREC strains compared to animal and environmental sources.
The research identifies ST167, ST131, and ST140 as the most widespread CREC types, with ST167 emerging as the dominant strain over the past decade due to its high levels of resistance. The study emphasizes the role of plasmids in the dissemination of resistance genes and the impact of human migration, trade, and health policies on the distribution of CREC strains. The temporal evolutionary analysis indicates that major host-switching events have contributed to the emergence of multi-drug resistant strains. The authors advocate for enhanced monitoring and collaborative governance of CREC, particularly in regions with high economic interdependencies, to effectively manage the spread of these pathogens and mitigate antibiotic resistance.