DOI: https://doi.org/10.3389/fsysb.2025.1557413
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40810119
تاريخ النشر: 2025-08-08
المؤلف: Ranjith Kumavath وآخرون
الموضوع الرئيسي: مقاومة المضادات الحيوية في البكتيريا
نظرة عامة
تناقش هذه الفقرة الدور الحاسم للاستخدام غير العقلاني للمضادات الحيوية في تعزيز مقاومة المضادات الحيوية في البكتيريا، وهو مساهم كبير في العدوى المرتبطة بالرعاية الصحية في جميع أنحاء العالم. تبرز الأبحاث الجزيئية أن تطوير آليات مقاومة متعددة غالبًا ما ينشأ من اكتساب جينات مقاومة موجودة مسبقًا، والتي يتم تضخيمها تحت الضغوط الانتقائية. تم تحديد العناصر الجينية المتحركة (MGEs) كعوامل رئيسية لتسهيل نقل الجينات الأفقي، مما يمكّن من انتشار جينات المقاومة. تحمل هذه العناصر الجينية المتحركة، والتي تشمل تسلسلات الإدخال، والنقل، والعناصر التكاملية والتزاوج، والبلازميدات، والجزر الجينومية، جينات غير أساسية مثل مقاومة المضادات الحيوية (AMR) وجينات الضراوة، مما يعزز قدرة البكتيريا على التكيف.
تؤكد الخاتمة على أن تطور مقاومة المضادات الحيوية يشكل تهديدًا كبيرًا لصحة الإنسان والبيئة، حيث يقوض فعالية المضادات الحيوية. يتم تسهيل انتقال AMR إلى حد كبير من خلال حركة جينات المقاومة عبر النقل الجيني الأفقي، الذي يتأثر بتفاعلات المجتمع الميكروبي. بينما تظل آليات هذا النقل غير مفهومة تمامًا، فإن وجود جينات مقاومة المضادات الحيوية مع MGEs يبرز أهميتها. تدعو هذه الفقرة إلى دراسات متعمقة حول MGEs كأهداف محتملة لاستراتيجيات علاجية جديدة، مستفيدة من تقنيات التسلسل من الجيل التالي وأدوات المعلوماتية الحيوية لتعزيز فهمنا لآليات انتشار المقاومة.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على الطبيعة المزدوجة للمضادات الحيوية كعلاجات منقذة للحياة ومساهمين في المشكلة المتزايدة لمقاومة المضادات الحيوية (AMR). بينما أحدثت المضادات الحيوية ثورة في إدارة العدوى، أدى سوء الاستخدام والإفراط في استخدام هذه الأدوية إلى ظهور بكتيريا مقاومة للمضادات الحيوية (ARB)، والتي تشكل تهديدات كبيرة للصحة العامة بسبب انتشارها السريع عالميًا والتحديات التي تخلقها في علاج العدوى. اعترفت منظمة الصحة العالمية (WHO) بـ AMR كقضية صحية عالمية حرجة، مشددة على الحاجة لفهم الآليات وراء مقاومة البكتيريا.
تناقش الورقة آليات المقاومة المختلفة، مع التركيز بشكل خاص على البكتيريا سالبة الجرام وإيجابية الجرام. تشمل استراتيجيات المقاومة الرئيسية الحد من امتصاص الدواء، وتعديل أهداف الدواء، وتعطيل المضادات الحيوية، والطرد النشط. من الجدير بالذكر أن إنزيمات β-lactamase، التي تعدل حلقة β-lactam للمضادات الحيوية، وجينات erm التي تعدل أهداف الدواء شائعة في العديد من الأنواع البكتيرية. يتم التأكيد على دور العناصر الجينية المتحركة (MGEs)، مثل البلازميدات والنقل، في تسهيل النقل الجيني الأفقي (HGT) كدافع رئيسي لانتشار جينات المقاومة بين البكتيريا. لا يعزز هذه العملية الانتشار السريع لخصائص المقاومة فحسب، بل يساهم أيضًا في ظهور سلالات مقاومة متعددة الأدوية (MDR)، مما يعقد جهود العلاج ومكافحة العدوى. تهدف المراجعة إلى توضيح التفاعلات المعقدة بين MGEs ومقاومة المضادات الحيوية، موضحة ديناميكياتها التطورية وآثارها على الصحة العامة.
نقاش
تسلط فقرة النقاش في الورقة البحثية الضوء على الدور المعقد للعناصر الجينية المتحركة (MGEs) في انتشار مقاومة المضادات الحيوية (AMR) بين البكتيريا. تسهل MGEs، بما في ذلك العناصر القابلة للنقل (TEs)، والإنتجرونات، والبلازميدات، والفيروسات البكتيرية، النقل الجيني الأفقي (HGT)، مما يعزز تطور البكتيريا وانتشار جينات المقاومة. يمكن أن تندمج العناصر القابلة للنقل، مثل تسلسلات الإدخال (IS) والنقل المركب، في الجينومات البكتيرية، مما يؤدي إلى تعطيل الجينات أو اكتساب جينات مقاومة المضادات الحيوية. تعتبر الإنتجرونات، وخاصة الإنتجرونات من الفئة 1، مهمة في البيئات السريرية، حيث تحتوي على كاسيتات جينية متنوعة تمنح المقاومة لمضادات حيوية متعددة، بما في ذلك β-lactams والأمينوغليكوزيدات.
تناقش الورقة أيضًا آليات MGEs، مثل دور إنزيمات الإنتغراز في دمج وإخراج كاسيتات الجينات، وأهمية البلازميدات والعناصر التكاملية والتزاوج (ICEs) في نقل جينات المقاومة عبر أنواع بكتيرية مختلفة. تساهم الفيروسات البكتيرية أيضًا في AMR من خلال النقل، حيث تشير الدراسات إلى أن الحمض النووي للفيروسات يمكن أن يحمل نسبة كبيرة من جينات مقاومة المضادات الحيوية. يؤثر تفاعل MGEs مع مكونات غلاف الخلية البكتيرية، مثل الكبسولات والليبوبوليسكاريد، على كفاءة نقل الجينات، مما يبرز العلاقة المعقدة بين بنية البكتيريا وديناميكيات انتشار جينات المقاومة. بشكل عام، تؤكد النتائج على الدور الحاسم لـ MGEs في تطور AMR والتحديات التي تطرحها على الصحة العامة.
DOI: https://doi.org/10.3389/fsysb.2025.1557413
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40810119
Publication Date: 2025-08-08
Author(s): Ranjith Kumavath et al.
Primary Topic: Antibiotic Resistance in Bacteria
Overview
The section discusses the critical role of irrational antibiotic use in fostering antibiotic resistance in bacteria, a significant contributor to healthcare-associated infections worldwide. It highlights that molecular research indicates the development of multiple resistance mechanisms often arises from the acquisition of pre-existing resistance genes, which are amplified under selective pressures. Mobile genetic elements (MGEs) are identified as key facilitators of horizontal gene transfer, enabling the spread of resistance genes. These MGEs, which include insertion sequences, transposons, integrative and conjugative elements, plasmids, and genomic islands, carry non-essential genes such as antimicrobial resistance (AMR) and virulence genes, enhancing the adaptability of bacterial hosts.
The conclusion emphasizes that the evolution of antimicrobial resistance poses a substantial threat to human health and the environment, as it undermines the efficacy of antibiotics. The transmission of AMR is largely facilitated by the mobility of resistance genes through horizontal gene transfer, which is influenced by microbial community interactions. While the mechanisms of this transfer remain incompletely understood, the localization of antibiotic resistance genes with MGEs underscores their importance. The section advocates for in-depth studies of MGEs as potential targets for new therapeutic strategies, leveraging next-generation sequencing and bioinformatics tools to enhance our understanding of resistance dissemination mechanisms.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the dual nature of antibiotics as both life-saving treatments and contributors to the growing problem of antimicrobial resistance (AMR). While antibiotics have revolutionized infection management, the misuse and overuse of these drugs have led to the emergence of antibiotic-resistant bacteria (ARB), which pose significant public health threats due to their rapid global spread and the challenges they create in treating infections. The World Health Organization (WHO) has recognized AMR as a critical global health issue, emphasizing the need for understanding the mechanisms behind bacterial resistance.
The paper discusses various mechanisms of resistance, particularly focusing on Gram-negative and Gram-positive bacteria. Key resistance strategies include limiting drug uptake, modifying drug targets, inactivating antibiotics, and active efflux. Notably, β-lactamase enzymes, which modify the β-lactam ring of antibiotics, and erm genes that modify drug targets are prevalent in many bacterial species. The role of mobile genetic elements (MGEs), such as plasmids and transposons, in facilitating horizontal gene transfer (HGT) is emphasized as a primary driver of resistance gene dissemination among bacteria. This process not only promotes the rapid spread of resistance traits but also contributes to the emergence of multidrug-resistant (MDR) strains, complicating treatment and infection control efforts. The review aims to elucidate the complex interactions between MGEs and antibiotic resistance, detailing their evolutionary dynamics and implications for public health.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the complex role of mobile genetic elements (MGEs) in the dissemination of antimicrobial resistance (AMR) among bacteria. MGEs, including transposable elements (TEs), integrons, plasmids, and bacteriophages, facilitate horizontal gene transfer (HGT), thereby promoting bacterial evolution and the spread of resistance genes. Transposable elements, such as insertion sequences (IS) and composite transposons, can integrate into bacterial genomes, leading to gene inactivation or the acquisition of antibiotic resistance genes. Integrons, particularly Class 1 integrons, are significant in clinical settings, harboring diverse gene cassettes that confer resistance to multiple antibiotics, including β-lactams and aminoglycosides.
The paper further discusses the mechanisms of MGEs, such as the role of integrase enzymes in the integration and excision of gene cassettes, and the importance of plasmids and integrative and conjugative elements (ICEs) in the transfer of resistance genes across different bacterial species. Bacteriophages also contribute to AMR through transduction, with studies indicating that phage DNA can carry a substantial proportion of antibiotic resistance genes. The interaction of MGEs with bacterial cell envelope components, such as capsules and lipopolysaccharides, influences the efficiency of gene transfer, highlighting the intricate relationship between bacterial structure and the dynamics of resistance gene dissemination. Overall, the findings underscore the critical role of MGEs in the evolution of AMR and the challenges they pose to public health.