“خاک، مخزن خطرناک مقاومت آنتی‌بیوتیکی: این ژن‌ها سلامت ما را تهدید می‌کنند؟”

خاک و نقش تعیین‌کننده‌اش در پدیده‌ی مقاومت آنتی‌بیوتیکی

خاک، این ماده‌ی حیاتی، در گسترش مقاومت آنتی‌بیوتیکی، نقش بسیار فراتر از تصورات ما دارد. باورنکردنی است، اما زمین زیر پای ما، مملو از ژن‌های مقاومت آنتی‌بیوتیکی (ARGها) است؛ کدهای کوچکی که به باکتری‌ها این امکان را می‌دهند تا در برابر آنتی‌بیوتیک‌ها ایستادگی کنند. فعالیت‌های انسانی مثل آلودگی و دگرگونی‌های کاربری زمین، می‌توانند تعادل اکوسیستم‌های خاک را بر هم بزنند و انتقال این ژن‌های مقاوم را از باکتری‌های خاک به انسان‌ها، آسان‌تر کنند. جینگ‌کیو لیائو، استادیار مهندسی عمران و محیط زیست، در تلاش است تا نحوه‌ی مشارکت باکتری‌های خاک در معضل جهانی رو به رشد مقاومت آنتی‌بیوتیکی را درک کند. این تلاش از طریق مطالعه‌ای که به تازگی در مجله‌ی Nature Communications منتشر شده، در حال انجام است. یافته‌های تیم او حاکی از آن است که وقتی باکتری‌ها این ژن‌های مقاوم را به دست می‌آورند، می‌توانند به سرعت آن‌ها را به گونه‌های دیگر نیز منتقل کنند. این امر، به یک خطر بزرگ برای سلامت عمومی بدل می‌شود. درک این الگوها، می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا راه‌هایی برای مهار گسترش مقاومت آنتی‌بیوتیکی پیدا کرده و سلامت انسان را حفظ کنند و کارایی آنتی‌بیوتیک‌ها را برای نسل‌های آینده تضمین کنند.

اهمیت مقاومت آنتی‌بیوتیکی در خاک

خاک، صرفاً یک توده خاکی نیست، بلکه یک اکوسیستم پویا و پر از باکتری‌هاست. برخی از این باکتری‌ها به‌طور طبیعی ARGها را در خود دارند. این ژن‌ها به آن‌ها کمک می‌کنند تا در برابر آنتی‌بیوتیک‌ها مقاوم شوند. گرچه در ابتدا این موضوع ممکن است چندان مهم به نظر نرسد، اما وقتی این ARGها به باکتری‌های بیماری‌زایی منتقل شوند که انسان‌ها را آلوده می‌کنند، خطرناک خواهد شد. یکی از این باکتری‌ها، لیستریا مونوسیتوژنز است. این موجود خاکی می‌تواند وارد زنجیره غذایی شده و بیماری جدی به نام لیستریوز را ایجاد کند. 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 قابلیت آلوده کردن انسان‌ها، لیستریا به عنوان یک مدل مناسب برای مطالعه‌ی چگونگی توسعه مقاومت آنتی‌بیوتیکی در خاک و انتقال آن به سایر محیط‌ها، مورد مطالعه قرار می‌گیرد.

لیائو می‌گوید: «خاک، یک مخزن مهم از باکتری‌های مقاوم و ARGهاست. عوامل محیطی می‌توانند ARGها را تقویت کنند، با ایجاد شرایطی که بقا، گسترش و تبادل این ژن‌ها را بین باکتری‌ها تسهیل می‌کند. مکانیسم‌های بوم‌شناختی و تکاملی که زیربنای پویایی ARGها در خاک را شکل می‌دهند، هنوز به‌طور کامل بررسی نشده‌اند. در این پروژه، ما از لیستریا به‌عنوان یک مدل کلیدی برای درک ظهور و توسعه ARGها در خاک استفاده می‌کنیم.»

مطالعه‌ی مقاومت با استفاده از لیستریا

تیم تحقیقاتی لیائو شامل دانشجویان مقطع دکترا و همچنین افراد زیر است:

• یین-شیان گو، دانشجوی دکترا و نویسنده‌ی اصلی
• امی پرودن، استاد ممتاز دانشگاه، مهندسی عمران و محیط زیست
• لی-آن کرومتیس، استاد مهندسی سیستم‌های زیستی
• هایلونگ ژانگ، استادیار فناوری اطلاعات کسب‌و‌کار
• مونیکا پوندر، استاد علوم و فناوری غذایی

این پژوهشگران به همکاری خود برای انجام تحلیل‌های جامع ژنتیک جمعیت و اکولوژیکی بر روی این مجموعه‌ی داده‌های ملی، ادامه خواهند داد. این پروژه که بر اساس تحقیقات قبلی این گروه بنا شده است، توسط مرکز پاتوژن‌های نوظهور، زئونوتیک و منتقل‌شده توسط بندپایان، با یک گرنت بین‌رشته‌ای در دانشگاه ویرجینیا تک، تامین مالی می‌شود.

نقش حیاتی دانشگاه ویرجینیا تک در تحقیقات مقاومت آنتی‌بیوتیکی

لیائو اشاره می‌کند: «دانشگاه ویرجینیا تک، نقش مهمی در حمایت و تسهیل این تحقیقات داشته است. تعهد این دانشگاه به تحقیقات بین‌رشته‌ای، محیطی را ایجاد می‌کند که نوآوری را برمی‌انگیزد و تحقیقات تاثیرگذاری همچون این پروژه را تقویت می‌کند.»

برای یافته‌های منتشر شده در Nature Communications، اعضای تیم تقریبا ۶۰۰ ژنوم از باکتری لیستریا را از نمونه‌های خاکی که لیائو در مطالعه‌ی قبلی خود، منتشر شده در Nature Microbiology، جمع‌آوری کرده بود، تجزیه و تحلیل کردند. آن‌ها پنج نوع اصلی از ARGها را در سراسر ایالات متحده شناسایی کردند. این مطالعه همچنین نشان داد که ARGها چگونه بین باکتری‌ها گسترش می‌یابند. فرایندی به نام تبدیل (Transformation) به باکتری‌ها اجازه می‌دهد که قطعات آزاد DNA حاوی ARGها را از محیط اطراف خود جذب کنند. زمانی 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 چالش‌برانگیز بودن مشکل مقاومت آنتی‌بیوتیکی است.

تیم تحقیقاتی، تمرکز خود را بر روی لیستریا گذاشته است؛ زیرا این باکتری، تنها یک باکتری خاکی نیست، بلکه نقش کلیدی در درک مقاومت آنتی‌بیوتیکی ایفا می‌کند. مطالعه‌ی نحوه‌ی گسترش ARGها در باکتری‌های خاکی مانند لیستریا، به دانشمندان بصیرت‌های ارزشمندی در مورد چگونگی توسعه و انتقال مقاومت در اکوسیستم‌ها می‌دهد. لیائو می‌گوید: «اگرچه مقاومت در موارد بالینی لیستریا در حال حاضر پایین است، این باکتری‌ها به‌طور طبیعی در برابر چندین آنتی‌بیوتیک مقاوم هستند و نشان‌دهنده‌ی افزایش مقاومت در برابر آنتی‌بیوتیک‌های دیگر هستند. این موضوع، لیستریا را به یک مدل مناسب برای پیگیری توسعه ARG پیش از آنکه به یک چالش بالینی گسترده تبدیل شود، تبدیل می‌کند.»

تاثیر خصوصیات خاک و کاربری اراضی بر گسترش ARGها

این مطالعه همچنین به این نکته اشاره کرد که ویژگی‌های خاک و نحوه‌ی استفاده از زمین، می‌تواند بر گسترش ARGها اثرگذار باشد. به عنوان مثال:

• خاک‌های غنی از آلومینیوم، تنوع بیشتری از ARGها را تشویق می‌کنند، احتمالاً به‌خاطر اینکه باکتری‌ها را تحت فشار قرار می‌دهند، در نتیجه آن‌ها تمایل بیشتری به حفظ ژن‌های مقاومت پیدا می‌کنند.
• خاک‌های غنی از منیزیم، تنوع ARGها را کاهش می‌دهند، احتمالاً با کاهش رقابت بین باکتری‌ها.
• منطقه‌های جنگلی معمولاً دارای ARGهای بیشتری هستند، احتمالاً به این دلیل که حیات وحش به طور طبیعی ژن‌ها را وارد محیط می‌کند.
• از سوی دیگر، مزارع کشاورزی می‌توانند ترکیب خاک و جوامع میکروبی را تغییر دهند و بر تنوع ARG در باکتری‌هایی مانند لیستریا تاثیر بگذارند.

برای خانواده‌ها، این نکته مهم است که از اقداماتی که ممکن است شرایط خاک را مختل کنند، مانند دفع نادرست زباله‌ها که می‌تواند باعث آلودگی فلزی شود، خودداری شود. لیائو اشاره می‌کند که رعایت بهداشت، پس از تماس با خاک، به عنوان مثال بعد از باغبانی، به دلیل احتمال وجود ARGها و باکتری‌های مقاوم نیز، مهم است.

مطالعه‌ی لیائو، با نشان دادن نحوه‌ی گسترش ARGها و تاثیر عوامل محیطی بر این فرآیند، اهمیت حفاظت از اکوسیستم‌های طبیعی را برجسته می‌کند. حفظ سلامت خاک، نه‌تنها برای محیط‌زیست سودمند است، بلکه برای آینده‌ی مراقبت‌های پزشکی ما نیز حیاتی است. لیائو، براساس نتایج این تحقیقات، امیدوار است که راهبردهای جدیدی برای کنترل مقاومت آنتی‌بیوتیکی بیابد و این اطمینان را حاصل کند که آنتی‌بیوتیک‌ها در درمان عفونت‌ها در سال‌های آینده، همچنان موثر باقی بمانند.

لیائو در پایان می‌گوید: «ایجاد درک بنیادین از عوامل بوم‌شناختی که این باکتری‌ها در خاک با آن مواجه هستند، می‌تواند به ما کمک کند تا بهتر، ظهور، تکامل و گسترش مقاومت آنتی‌بیوتیکی را درک کنیم. این یک خطر فوری و جهانی برای سلامت عمومی است.»