В статье, опубликованной 11 марта в журнале Applied and Environmental Microbiology, описаны микробные сообщества, обнаруженные в душевых шлангах в крупной больнице США. В исследовании были задокументированы бактерии и родственные гены с использованием передовых метагеномных методов, которые позволяют охарактеризовать организмы, которые не могут быть обнаружены с помощью традиционных микробиологических анализов на основе культур.
Исследователи из Агентства по охране окружающей среды США и Технологического института Джорджии совместно изучили эти биопленочные сообщества, но пока не могут сказать, представляют ли эти бактерии угрозу для пациентов больниц. Но поскольку некоторые из генов могут указывать на патогенные характеристики, такие как устойчивость к антибиотикам, исследователи хотят больше узнать о потенциальных последствиях для здоровья и о том, есть ли в других зданиях подобные биопленки. Устойчивость к антибиотикам — это новый приоритет общественного здравоохранения, определенный Всемирной организацией здравоохранения, которая в 2015 году выпустила глобальный план действий по решению этой проблемы.«Мы можем с уверенностью сказать, что, если патогены присутствуют там, их не так много», — сказал Костас Константинидис, доцент Школы гражданской и экологической инженерии Технологического института Джорджии. «Но организмы, которые мы обнаружили в большом количестве в этих биопленках, по-видимому, обладают характеристиками, которые могут представлять интерес, потому что они связаны с некоторыми бактериями, которые являются условно-патогенными микроорганизмами, которые могут представлять угрозу, особенно для пациентов больниц с ослабленным иммунитетом».
Исследование началось с культивирования бактерий из 40 душевых шлангов, извлеченных из отдельных больничных палат исследователями EPA. Нуклеиновая кислота была извлечена из пяти душевых шлангов и обработана с использованием технологии секвенирования нового поколения. Данные секвенирования были отправлены в Технологический институт Джорджии, где докторант Мария Джулиана Сото-Хирон сопоставила последовательности известных бактерий и генов с известными эффектами, такими как вирулентность и устойчивость к антибиотикам.
Исследование микробиома обнаружило многочисленную популяцию бактерий, которые, по мнению исследователей, являются новыми «микобактериями-подобными» видами, не описанными ранее, тесно связанными с Mycobacterium rhodesiae и Mycobacterium tusciae. Вместо этого традиционные методы, основанные на культуре, определили организмы, связанные с Proteobacteria, такие как представители родов Sphingomonas, Blastomonas и Porphyrobacter, как наиболее распространенные.
Сообщества биопленок содержали гены, связанные с толерантностью к дезинфицирующим средствам, которые составляли 2,3 процента от общего количества аннотированных белков, и меньшее количество детерминант вирулентности, связанных с колонизацией и уклонением от иммунной системы хозяина. Кроме того, были идентифицированы гены, потенциально обеспечивающие устойчивость к бета-лактамным, аминогликозидным, амфениколовым и хинолоновым антибиотикам. Частота этих генов была выше, чем частота, обнаруженная в озере Ланье, естественной пресноводной экосистеме, которая была изучена исследовательской группой Технологического института Джорджии, что позволяет предположить, что окружающая среда в трубах с питьевой водой заслуживает более пристального внимания.
Исследование выросло из исследовательского проекта EPA, чтобы понять проблемы систем питьевой воды и создания микробиомов — коллекции микробов, обнаруженных в таких структурах. Хотя биопленки широко используются при строительстве водопроводных труб, это исследование позволило получить наибольшее количество метагеномных данных по организмам, живущим в этих водных системах. Кроме того, исследователи проанализировали 94 частичных генома изолированных биопленочных бактерий, включая те, о которых ранее не сообщалось, хотя они связаны с ранее охарактеризованными микроорганизмами.Хотя хорошо известные патогены не встречались в изобилии, наличие генов устойчивости к антибиотикам, устойчивости к дезинфицирующим средствам для воды и вирулентности вызывает опасения, поскольку бактерии могут иметь общие такие гены, что потенциально может стать более серьезной угрозой для здоровья.
«Если у них есть ядро генов, они могут быть восприимчивы к приобретению других генов, которые сделают эти микроорганизмы более проблематичными», — сказал Хорхе Санто Доминго, микробный эколог из Управления исследований и разработок Агентства по охране окружающей среды в Цинциннати. «Эти организмы очень хорошо живут в сложных условиях окружающей среды с ограниченными источниками углерода, поэтому борьба с ними может стать сложной задачей. Мы не знаем, представляют ли они проблему, но мы, безусловно, хотим выяснить».
Анализ материала, взятого из душевых шлангов, является лишь предварительным исследованием, и потребуется гораздо больше исследований. Санто-Доминго сравнил полученные данные с лампочкой «проверьте двигатель» в автомобиле.
Предупреждение не обязательно указывает на немедленную проблему, хотя оно показывает, что может потребоваться внимание и возможные действия.«Некоторые из идентифицированных генов — это те, за которыми мы хотели бы следить», — объяснил он. «Мы хотели бы провести больше исследований для сбора данных о динамике этих бактериальных групп, но тот факт, что эти гены присутствуют, указывает на необходимость проведения дополнительных исследований».Он добавил, что необходимо изучить потенциальное клиническое значение бактерий и понять их влияние на здоровье населения.
Другие вопросы включают в себя такие же биопленки в других больницах, различаются ли биопленки в разных учреждениях, как следует проводить мониторинг и нужно ли регулярно заменять душевые лейки и шланги.Эта работа также может стать основой для новых исследований видов дезинфекции воды, используемых в больницах.
Соединения хлора, используемые в питьевой воде общего пользования, могут не обеспечивать достаточной защиты водоснабжения на этих объектах. Данные секвенирования и биоинформатический анализ помогут определить генетические маркеры, которые можно использовать для мониторинга этих генов и определения их значимости для общественного здравоохранения.В то время как Константинидис и его исследовательская группа изучали микробы в природных экосистемах, таких как озеро Ланьер в Джорджии, это их первый метагеномный анализ микробных сообществ в искусственной среде. Они надеются, что метод, который все еще находится на стадии исследований и разработок, поможет понять проблемы, связанные с популяциями микробов и их потенциалом вирулентности в зданиях, где люди проводят большую часть своего времени.
«Метагеномика дает вам более полную и количественную картину того, какие микроорганизмы существуют и насколько они многочисленны», — сказал он. «Это показывает, что традиционные методы культуры ограничены в том, что они могут обнаружить, и что они часто могут обеспечить предвзятый взгляд на то, что там есть».В дополнение к уже упомянутым авторам статьи были Луис Родригес и Ченгвэй Луо из Технологического института Джорджии, Майкл Элк и Ходон Рю из Pegasus, Inc. и Джилл Хоэлле из EPA.