Groźne geny rozprzestrzeniają się na całym świecie. Z kurnika

Oporność na antybiotyki to jedno z najpoważniejszych zagrożeń dla zdrowia publicznego XXI wieku. Coraz więcej leków przestaje działać, bo bakterie nauczyły się je neutralizować. W efekcie infekcje i choroby, które kiedyś były łatwe do wyleczenia, znów stają się śmiertelnie niebezpieczne. Zjawisko to przyspiesza przez masowe i często niekontrolowane użycie antybiotyków, nie tylko w medycynie, ale także w rolnictwie.

Jak pokazuje nowe badanie opublikowane w Science Advances, ponad 70 procent wszystkich antybiotyków na świecie trafia nie do ludzi, lecz do zwierząt hodowlanych. Są podawane kurczakom, świniom i krowom, często nie w celu ich leczenia, ale profilaktycznie lub by przyspieszyć ich wzrost. Skutkiem ubocznym tego procesu jest ogromna liczba bakterii opornych na antybiotyki i genów, które tę oporność przekazują dalej.

Odchody zwierząt, czyli obornik, stają się przez to nośnikiem zagrożenia. Wraz z nawożeniem za jego pomocą pól czy spływem rolniczych zanieczyszczeń do wód powierzchniowych geny oporności mogą rozprzestrzeniać się w środowisku, trafiać do gleby, roślin i ostatecznie do ludzi.

Największe badanie mikrobiologicznego krajobrazu

Zespół naukowców z Chin, USA i Kanady przeanalizował 4017 próbek obornika z 26 krajów – to największe takie badanie w historii. Dotyczyło trzech głównych grup zwierząt: drobiu, świń i bydła. Zidentyfikowano aż 2291 znanych genów oporności oraz 3166 tzw. genów latentnych, wcześniej nieopisywanych w bazach danych.

Najwięcej typów genów występowało w oborniku kur, średnio 246 podtypów na próbkę. Świnie miały ich 203, bydło 129. Ale to nie wszystko: w ponad 90 procentach próbek występowało tych samych 38 genów. Obecne niemal zawsze i wszędzie, co czyni je szczególnie niepokojącymi.

Latentne geny, czyli te, których wcześniej nie rejestrowano, a które mogą również prowadzić do oporności na antybiotyki, były jeszcze liczniejsze niż te dobrze znane. W kilku przypadkach naukowcy potwierdzili ich zdolność do wywoływania oporności na popularne antybiotyki, takie jak gentamycyna czy erytromycyna.

Zwierzęta i ludzie mają podobne bakterie

Autorzy badania porównali geny obecne w oborniku z tymi występującymi w kale ludzi, ściekach, glebie i wodzie. Okazało się, że obornik jest bardziej podobny do ludzkich odchodów niż do środowisk naturalnych. W praktyce oznacza to, że wiele bakterii występuje w obu środowiskach i może wymieniać się genami.

W oborniku kur aż 1250 genów było wspólnych z ludzkim mikrobiomem. Podobnie było w przypadku świń i bydła. Co istotne, za przenoszenie tych genów odpowiadają często bakterie znane z zakażeń szpitalnych, takie jak E. coli, Klebsiella czy Salmonella. Te bakterie mogą z łatwością przenosić geny oporności między sobą, a jeśli trafią do człowieka, skutecznie unikać działania leków.

To pokazuje, że problem nie kończy się na fermie. Geny mogą przemieszczać się wraz z wodą, pyłem, glebą i w końcu trafić do środowiska ludzi. Dlatego monitorowanie obornika ma ogromne znaczenie dla zdrowia publicznego. Jeśli będziemy wiedzieli, jakie geny znajdują się w środowisku, możemy baczniej pilnować tego, czy nie są odkrywane w mikroorganizmach atakujących człowieka. To może pomóc opanować ewentualne ognisko odpornej na antybiotyki choroby, zanim ta rozleje się zbyt szeroko.

Gdzie ryzyko jest największe?

Aby lepiej zrozumieć skalę zagrożenia, naukowcy opracowali nowy system oceny ryzyka związanego z poszczególnymi genami. Uwzględnili trzy czynniki: jak łatwo gen może się przenosić, jak bardzo jest niebezpieczny w leczeniu ludzi oraz na ile bakterie, które go niosą, przypominają patogeny. Dzięki temu przypisano każdemu genowi punktację i podzielono je na cztery grupy: od najniższego (R4) do najwyższego (R1) ryzyka.

Do grupy najwyższego ryzyka trafiły 44 geny. Najwięcej z nich dotyczyło antybiotyków β-laktamowych, czyli jednej z najważniejszych grup leków stosowanych w leczeniu zakażeń. W tej grupie znalazły się m.in. geny TEM-1, NDM, OXA, CTX-M, które są już znane z przypadków zakażeń u ludzi pochodzących od zwierząt.

Naukowcy opracowali również globalną mapę ryzyka związanego z obornikiem, pokazującą, w których krajach zagrożenie jest największe. W kurzym oborniku najwięcej niebezpiecznych genów wykryto w Afryce, a najmniej w Europie. W przypadku świń najwyższe ryzyko stwierdzono w Azji, szczególnie w Chinach.

Polska wśród liderów Unii

Wśród krajów europejskich Polska znalazła się w czołówce pod względem liczby genów oporności w kurzym oborniku: średnio naukowcy odkrywali ponad 5 kopii takich genów na wykrytą w oborniku komórkę. To więcej niż w Bułgarii, Hiszpanii czy Włoszech. Dla porównania, w Niemczech ten wskaźnik wynosił zaledwie 0,6.

W świńskim oborniku najwięcej zagrożeń wykryto w Chinach, a najmniej w Norwegii. W przypadku bydła liderem była Kanada, gdzie poziom genów oporności był piętnastokrotnie wyższy niż w Chinach. W Stanach Zjednoczonych po wprowadzeniu restrykcji dotyczących stosowania antybiotyków w hodowli zaobserwowano wyraźny spadek liczby genów oporności w latach 2016-2018.

Autorzy badania pokazali, że choć skala problemu jest duża, to istnieją skuteczne sposoby jego ograniczenia. W Chinach po wprowadzeniu przepisów zakazujących stosowania antybiotyków jako dodatku do paszy oporność w oborniku świńskim zaczęła spadać. Podobne efekty dały zmiany w prawie w USA.

Jednocześnie badacze ostrzegają, że rolnictwo musi być uważnie monitorowane, tak samo jak szpitale czy ścieki. Proponują, by traktować obornik jako „czujnik środowiskowy”, który pozwala szybko wykrywać zagrożenia. Zwłaszcza że w wielu krajach łatwiej i taniej monitorować obornik niż infrastrukturę kanalizacyjną.

„Nasze dane mogą pomóc przewidywać zagrożenia i wspierać decyzje polityczne dotyczące stosowania antybiotyków w hodowli” podsumowują naukowcy.