چطور خاک زیر پای ما بر سلامت انسان تأثیر می‌گذارد؟

نقش خاک در گسترش مقاومت آنتی‌بیوتیکی

خاک نقش بسیار بزرگ‌تری در گسترش مقاومت آنتی‌بیوتیکی دارد از آنچه که ممکن است تصور شود. به طرز شگفت‌انگیزی، زمین زیر پای ما پر از ژن‌های مقاومت آنتی‌بیوتیکی (ARGs) است؛ کدهای کوچکی که به باکتری‌ها اجازه می‌دهند تا در برابر آنتی‌بیوتیک‌ها مقاومت کنند. فعالیت‌های انسانی، مانند آلودگی و تغییر کاربری زمین، می‌توانند اکوسیستم‌های خاک را مختل کرده و انتقال ژن‌های مقاومت از باکتری‌های خاک به انسان‌ها را آسان‌تر کنند. جینگ‌کیو لیاو، استادیار مهندسی عمران و محیط زیست، در تلاش است تا بفهمد باکتری‌های خاک چگونه به مسئله جهانی رو به رشد مقاومت آنتی‌بیوتیکی کمک می‌کنند. او به تازگی مطالعه‌ای را در نشریه Nature Communications منتشر کرده است. یافته‌های تیم او نشان می‌دهد که هنگامی که باکتری‌ها این ژن‌های مقاوم را به دست می‌آورند، می‌توانند به سرعت به گونه‌های دیگر نیز منتقل شوند و این موضوع به یک تهدید جدی برای سلامت عمومی تبدیل می‌شود. درک این الگوها می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا راه‌هایی برای کنترل گسترش مقاومت آنتی‌بیوتیکی پیدا کنند و سلامت انسان‌ها را حفظ کرده و کارایی آنتی‌بیوتیک‌ها را برای نسل‌های آینده تضمین کنند.

چرا مقاومت آنتی‌بیوتیکی در خاک مهم است

خاک تنها یک توده خاک نیست؛ بلکه یک اکوسیستم پرجنب‌وجوش پر از باکتری‌ها است. برخی از این باکتری‌ها به طور طبیعی ARGها را حمل می‌کنند، که به آن‌ها کمک می‌کند تا در برابر آنتی‌بیوتیک‌ها مقاومت کنند. در حالی که این موضوع در ابتدا ممکن است چندان حائز اهمیت به نظر نرسد، اما زمانی خطرناک می‌شود که این ARGها به باکتری‌های مضر که انسان‌ها را آلوده می‌کنند، منتقل شوند. یکی از این باکتری‌ها، لیستریا مونوستژنز است. این ساکن خاک می‌تواند به زنجیره غذایی راه یابد و باعث بیماری جدی به نام لیستریوز شود. برای افرادی که سیستم ایمنی ضعیفی دارند، لیستریوز می‌تواند کشنده باشد و نرخ مرگ و میر آن به ۲۰ تا ۳۰ درصد می‌رسد. به دلیل توانایی‌اش در گسترش ARGها و آلوده کردن انسان‌ها، لیستریا یک مدل مهم برای مطالعه چگونگی توسعه مقاومت آنتی‌بیوتیکی در خاک و گسترش آن به سایر محیط‌ها است.

لیا گفت: “خاک یک مخزن مهم برای باکتری‌های مقاوم و ARGها است. عوامل محیطی می‌توانند ARGها را با ایجاد شرایطی که بقای، گسترش و تبادل این ژن‌ها را در میان باکتری‌ها ترویج می‌کند، تقویت کنند. مکانیزم‌های اکولوژیکی و تکاملی زیرساخت‌های دینامیک ARGها در خاک‌ها هنوز به طور کافی مورد بررسی قرار نگرفته است. در این پروژه، ما از لیستریا به عنوان یک مدل کلیدی برای درک ظهور و توسعه ARGها در خاک‌ها استفاده می‌کنیم.”

استفاده از لیستریا برای مطالعه مقاومت

تیم لیا شامل چندین دانشجو به همراه:

• یینگ‌شیان گو، دانشجوی دکتری و نویسنده اصلی
• امی پرودن، استاد ممتاز دانشگاه، مهندسی عمران و محیط زیست
• لی آن کرومتیس، استاد، مهندسی سیستم‌های زیستی
• هیلونگ ژانگ، استادیار، فناوری اطلاعات کسب و کار
• مونیکا پوندر، استاد، علوم و فناوری غذایی

این محققان به همکاری خود ادامه خواهند داد تا تجزیه و تحلیل‌های جامع ژنتیک جمعیت و اکولوژیکی را بر روی این مجموعه داده‌های ملی انجام دهند. این پروژه که بر اساس تحقیقات قبلی گروه بنا شده است، با حمایت مرکز پاتوژن‌های نوظهور، زئونوتیک و منتقل‌شده توسط بندپایان در ویرجینیا تک تأمین مالی می‌شود.

نقش کلیدی دانشگاه ویرجینیا تک در تحقیقات مقاومت آنتی‌بیوتیکی

گوه گفت: “دانشگاه ویرجینیا تک نقش مهمی در حمایت و تسهیل این تحقیقات ایفا کرده است. تعهد این دانشگاه به تحقیقات بین‌رشته‌ای، محیطی را ایجاد می‌کند که نوآوری را الهام می‌بخشد و تحقیقات تأثیرگذاری مانند این را ترویج می‌دهد.”

برای یافته‌های منتشر شده در Nature Communications، اعضای تیم نزدیک به 600 ژنوم لیستریا را که از نمونه‌های خاکی جمع‌آوری شده از یک مطالعه قبلی در Nature Microbiology به نام لیا به دست آمده بود، تحلیل کردند. آن‌ها پنج نوع اصلی از ژن‌های مقاومت آنتی‌بیوتیکی (ARGs) را در سراسر ایالات متحده شناسایی کردند. این مطالعه همچنین نشان داد که چگونه ARGها بین باکتری‌ها گسترش می‌یابند. فرآیندی به نام تبدیل به باکتری‌ها اجازه می‌دهد تا قطعات آزاد DNA حاوی ARGها را از محیط اطراف خود جذب کنند. هنگامی که یک باکتری این ژن‌ها را به دست می‌آورد، می‌تواند آن‌ها را به دیگران منتقل کند – حتی به گونه‌های مختلف. این اشتراک سریع ژن‌های مقاومت یکی از دلایل اصلی است که چرا مقاومت آنتی‌بیوتیکی یک مشکل چالش‌برانگیز است.

تیم تحقیقاتی بر روی لیستریا تمرکز دارد زیرا این باکتری تنها یک باکتری خاکی نیست – بلکه نقش کلیدی در درک مقاومت آنتی‌بیوتیکی دارد. مطالعه چگونگی گسترش ARGها در باکتری‌های خاکی مانند لیستریا به دانشمندان بینش‌های ارزشمندی درباره چگونگی توسعه و انتقال مقاومت در اکوسیستم‌ها می‌دهد. لیا گفت: “اگرچه مقاومت در موارد بالینی لیستریا در حال حاضر پایین است، این باکتری‌ها به طور طبیعی در برابر چندین آنتی‌بیوتیک مقاومت دارند و نشان‌دهنده افزایش مقاومت در برابر دیگر آنتی‌بیوتیک‌ها هستند. این موضوع لیستریا را به یک مدل خوب برای پیگیری توسعه ARGها قبل از اینکه به یک مشکل بالینی گسترده تبدیل شود، تبدیل می‌کند.”

چگونگی تأثیر ویژگی‌های خاک و استفاده از زمین بر گسترش ARGها

این مطالعه همچنین به این نکته اشاره کرد که ویژگی‌های خاک و استفاده از زمین می‌توانند بر گسترش ARGها تأثیر بگذارند. به عنوان مثال:

• خاک‌های غنی از آلومینیوم تنوع بیشتری از ARGها را تشویق می‌کنند، احتمالاً به این دلیل که به باکتری‌ها استرس وارد می‌کند و آن‌ها را بیشتر به حفظ ژن‌های مقاومت متمایل می‌سازد.
• خاک‌های غنی از منیزیم تنوع ARGها را کاهش می‌دهند، احتمالاً با کاهش رقابت بین باکتری‌ها.
• مناطق جنگلی معمولاً ARGهای بیشتری دارند، زیرا حیات وحش به طور طبیعی این ژن‌ها را به محیط معرفی می‌کند.
• از سوی دیگر، مزارع کشاورزی می‌توانند ترکیب خاک و جوامع میکروبی را تغییر دهند و بر تنوع ARGها در باکتری‌هایی مانند لیستریا تأثیر بگذارند.

برای خانواده‌ها، مهم است که از فعالیت‌هایی که ممکن است شرایط خاک را مختل کند، مانند دفع نادرست زباله‌ها که ممکن است باعث آلودگی فلزی شود، پرهیز کنند. لیا همچنین گفت که حفظ شیوه‌های بهداشتی خوب پس از تماس با خاک‌ها، مانند بعد از باغبانی، به دلیل احتمال وجود ARGها و باکتری‌های مقاوم، اهمیت دارد. با نشان دادن چگونگی گسترش ARGها و چگونگی تأثیر عوامل محیطی بر این فرآیند، مطالعه لیا اهمیت حفاظت از اکوسیستم‌های طبیعی را برجسته می‌کند. حفظ سلامت خاک نه تنها برای محیط زیست خوب است – بلکه برای آینده مراقبت‌های پزشکی ما حیاتی است.

با استفاده از این تحقیقات، لیا امیدوار است که استراتژی‌های جدیدی برای کنترل مقاومت آنتی‌بیوتیکی پیدا کند و اطمینان حاصل کند که آنتی‌بیوتیک‌ها برای سال‌ها در درمان عفونت‌ها مؤثر باقی بمانند. لیا گفت: “ایجاد یک درک بنیادی از عوامل بوم‌شناختی این باکتری‌ها در خاک می‌تواند به ما کمک کند تا بهتر بفهمیم که چگونه مقاومت آنتی‌بیوتیکی ظهور، تکامل و گسترش می‌یابد. این یک تهدید فوری و جهانی برای بهداشت عمومی است.”