چگونه خاک زیر پای ما سلامت را دگرگون می‌کند؟

نقش خاک در گسترش مقاومت آنتی‌بیوتیکی

خاک نقش بسیار بزرگ‌تری در گسترش مقاومت آنتی‌بیوتیکی دارد نسبت به آنچه که تصور می‌شود. 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 را از باکتری‌های خاک به انسان‌ها تسهیل کنند. جینگکیو لیاو، استادیار مهندسی عمران و محیط زیست، در تلاشی برای درک چگونگی کمک باکتری‌های خاک به مسئله رو به رشد جهانی مقاومت آنتی‌بیوتیکی، اخیراً مقاله‌ای در نشریه Nature Communications منتشر کرده است. یافته‌های تیم او نشان می‌دهد که وقتی باکتری‌ها این ژن‌های مقاوم را به دست می‌آورند، می‌توانند به سرعت به گونه‌های دیگر منتقل شوند و این موضوع تهدیدی جدی برای سلامت عمومی به شمار می‌آید. درک این الگوها می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا راه‌هایی برای کنترل گسترش مقاومت آنتی‌بیوتیکی پیدا کنند و سلامت انسان را حفظ کرده و اثربخشی آنتی‌بیوتیک‌ها را برای نسل‌های آینده تضمین کنند.

چرا مقاومت آنتی‌بیوتیکی در خاک مهم است

خاک تنها یک توده خاک نیست — بلکه یک اکوسیستم پرجنب‌وجوش و پر از باکتری‌هاست. برخی از این باکتری‌ها به طور طبیعی حامل ARGها هستند که به آنها کمک می‌کند تا در برابر آنتی‌بیوتیک‌ها مقاومت کنند. اگرچه در ابتدا این موضوع ممکن است چندان مهم به نظر نرسد، اما زمانی خطرناک می‌شود که این ARGها به باکتری‌های مضر که انسان‌ها را آلوده می‌کنند، منتقل شوند. یکی از این باکتری‌ها، Listeria monocytogenes است. این ساکن خاک می‌تواند به زنجیره غذایی راه پیدا کرده 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 برسد. به دلیل توانایی‌اش در گسترش ARGها و آلوده کردن انسان‌ها، لیستریا مدل مهمی برای مطالعه چگونگی توسعه مقاومت آنتی‌بیوتیکی در خاک و انتقال آن به محیط‌های دیگر است.

لیا گفت: “خاک یک مخزن مهم برای باکتری‌های مقاوم و ARGهاست. عوامل محیطی می‌توانند ARGها را با ایجاد شرایطی که بقا، گسترش و تبادل این ژن‌ها را در میان باکتری‌ها تسهیل می‌کند، تقویت کنند. مکانیزم‌های اکولوژیکی و تکاملی که زیرساخت‌های دینامیک ARGها در خاک‌ها را تشکیل می‌دهند، به طور ناکافی مورد بررسی قرار گرفته‌اند. 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 دکترا و نویسنده اصلی
• امی پرودن، استاد ممتاز دانشگاه، مهندسی عمران و محیط زیست
• لی-آن کرومتیس، استاد مهندسی سیستم‌های زیستی
• هایلونگ ژانگ، استادیار فناوری اطلاعات کسب و کار
• مونیکا پوندر، استاد علوم و فناوری غذا

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، توسط مرکز پاتوژن‌های نوظهور، زئونوتیک و ناقل‌های آرتروپود با کمک مالی از یک گرنت تیم‌سازی بین‌رشته‌ای در دانشگاه ویرجینیا تک تأمین مالی شده است.

نقش کلیدی دانشگاه ویرجینیا تک در تحقیقات مقاومت آنتی‌بیوتیکی

لیا و گفت: “دانشگاه ویرجینیا تک نقش مهمی در حمایت و تسهیل این تحقیق 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.”

در یافته‌های منتشر شده در Nature Communications، اعضای تیم نزدیک به 600 ژنوم لیستریا را که از نمونه‌های خاکی جمع‌آوری شده در مطالعات قبلی لیاو هستند، تجزیه و تحلیل کردند. این مطالعه در Nature Microbiology منتشر شده است. آن‌ها پنج نوع اصلی از ژن‌های مقاومت آنتی‌بیوتیکی (ARGs) را از سرتاسر 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.

تمرکز بر لیستریا به عنوان یک مدل کلیدی

تیم بر روی لیستریا تمرکز دارد زیرا این باکتری تنها یک باکتری خاکی نیست، بلکه یک بازیگر کلیدی در درک مقاومت آنتی‌بیوتیکی است. مطالعه چگونگی گسترش ARGها در باکتری‌های خاکی مانند لیستریا اطلاعات ارزشمندی را در مورد چگونگی توسعه و حرکت مقاومت در اکوسیستم‌ها به دانشمندان ارائه می‌دهد. لیاو گفت: “اگرچه مقاومت در موارد بالینی لیستریا در حال حاضر پایین است، این باکتری‌ها به طور طبیعی در برابر چندین آنتی‌بیوتیک مقاومت نشان می‌دهند و در حال افزایش مقاومت به دیگر آنتی‌بیوتیک‌ها هستند.” او افزود: “این موضوع لیستریا را به یک مدل مناسب برای پیگیری توسعه ARGها قبل از اینکه به یک مشکل بالینی گسترده تبدیل شوند، تبدیل می‌کند.”

چگونگی تأثیر ویژگی‌های خاک و استفاده از زمین بر گسترش ARG

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

• خاک‌های غنی از آلومینیوم تنوع بیشتری از ARGها را تشویق می‌کنند، احتمالاً به این دلیل که باکتری‌ها را تحت فشار قرار می‌دهند و آن‌ها را بیشتر به حفظ ژن‌های مقاومت متمایل می‌کنند.
• خاک‌های غنی از منیزیم تنوع ARGها را کاهش می‌دهند، که ممکن است به دلیل کاهش رقابت بین باکتری‌ها باشد.
• مناطق جنگلی تمایل به داشتن ARGهای بیشتری دارند، احتمالاً به این دلیل که 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 ARG در باکتری‌هایی مانند لیستریا تأثیر بگذارند.

برای خانوارها، مهم است که افراد از فعالیت‌هایی که ممکن است شرایط خاک را مختل کند، مانند دفع نادرست زباله که ممکن است باعث آلودگی فلزی شود، اجتناب کنند. لیاو گفت که همچنین مهم است که پس از تماس با خاک، مانند بعد از باغبانی، شیوه‌های بهداشتی خوبی را حفظ کنیم، با توجه به احتمال وجود ARGها و باکتری‌های مقاوم.

اهمیت حفاظت از اکوسیستم‌های طبیعی

با افشای چگونگی گسترش ARGها و اینکه چگونه عوامل محیطی بر این فرآیند تأثیر می‌گذارند، مطالعه لیاو اهمیت حفاظت از اکوسیستم‌های طبیعی را برجسته می‌کند. حفظ سلامت خاک نه تنها برای محیط زیست خوب است، بلکه برای مراقبت‌های پزشکی آینده ما حیاتی است. با استفاده از این تحقیقات، لیاو 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 و گفت: “ایجاد درک بنیادی از عوامل اکولوژیکی این باکتری‌ها در خاک می‌تواند به ما کمک کند تا بهتر ظهور، تکامل و گسترش مقاومت آنتی‌بیوتیکی را درک کنیم. این یک تهدید فوری و جهانی برای سلامت عمومی است.”