アシネトバクター・バウマニイの特性とリスク
野生動物におけるアシネトバクター・バウマニイの存在と影響を探る。
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目次
アシネトバクター・バウマニイは感染症を引き起こす可能性のあるバクテリアの一種で、特に病院で問題になることが多い。乾燥に強く、抗生物質や消毒剤に対する防御機構を持っていることで知られている。多くのアシネトバクターの株は環境中に存在し無害だが、A.バウマニイのような特定の種は深刻な健康問題を引き起こすことがある。
環境中のアシネトバクター・バウマニイ
アシネトバクターには約100種類があり、大半は無害で環境中に存在している。中には人間の肌や腸内に生息し、免疫システムを助ける役割を果たしているものもある。しかし、A.バウマニイや一部の他の種は病院感染に関与することが多く、健康な環境では一般的に見られない。
研究によると、A.バウマニイは動物から人間へと感染する可能性があり、自然の中での存在について懸念が高まっている。例えば、羊に影響を与える危険な株の報告もある。このバクテリアは土壌や水中でも見つかり、公衆衛生に対する潜在的なリスクを引き起こす。
ホワイトストークに関する研究
最近の研究は、近くの人間の生息地で繁栄するホワイトストークに焦点を当てている。研究者たちは、ホワイトストークの雛にA.バウマニイが存在するかを調べた。ポーランドでは、2013年から2016年の間に約25%の雛がA.バウマニイ陽性だった。さらに2013年から2018年の調査では、その割合がほぼ30%に増加した。他の国、例えばドイツやスペインでのテストは異なる結果を示し、ある巣ではバクテリアの存在が高かったり、全くなかったりした。
ポーランドの雛を調べたところ、A.バウマニイは存在したものの、若い鳥に大きな害を及ぼしている様子はなかった。しかし、A.バウマニイを持つ雛は白血球数が高いことが観察され、何らかの感染の兆候が示唆されている。
ストークのペレットの役割
ストークはペレットという食べ残しを作ることもある。いくつかのペレットがA.バウマニイ陽性で、バクテリアが広がる別の方法を示している。バクテリアはシーズンの後半にペレットに現れ、ストークが移動から戻った後に食べた食品を通じて取得した可能性がある。
土壌やコンポストの研究では、A.バウマニイが栄養豊富な環境で繁茂することが分かった。様々な地点から採取された土壌サンプルには高いバクテリアの存在が見られ、分解された植物材料を通じて広がる可能性があることを示唆している。
A.バウマニイの多様性の研究
A.バウマニイの異なる株がどのように共存しているかを理解するため、研究者たちはストークの巣に見られるバクテリアの遺伝物質を分析した。多くの異なる株が発見され、A.バウマニイが親鳥から雛に直接伝わるだけでなく、環境から来ている可能性が高いことが示された。
調査はストークの食事にも及び、主な食事は小動物や昆虫で構成されている。しかし、これらの食料源のテストではA.バウマニイの存在は少なかったため、研究者たちはミミズやげっ歯類が可能なキャリアとして考慮している。
##げっ歯類とミミズからの感染源
ホワイトストークの食事を調べている間、研究者たちはげっ歯類やクソゴミムシがA.バウマニイを持っているかどうかを調べた。テストの結果、これらの動物の間での感染率は低かった。数百の動物をサンプリングしたが、そのうちのごく少数がバクテリアを持っており、大半は夏の終わりに捕まった。
ミミズも調査され、約3.6%がA.バウマニイ陽性だった。バクテリアは温かい季節に頻繁に見つかり、環境中のA.バウマニイの供給源である可能性を示唆している。
他の鳥との比較
A.バウマニイが自然でどのように振る舞うかをさらに探るため、研究者たちはストークと類似の食事を持つ他の鳥たちも調査した。灰色のサギ、ハヤブサ、黒ストークからのサンプルは様々な結果を示した。灰色のサギと黒ストークのサンプルのほとんどはA.バウマニイが陰性で、食事や生息地がバクテリアの存在に影響を与えている可能性がある。
これらの発見は、A.バウマニイが主にホワイトストークとその環境に関連している特定の生態的ニッチを持つことを示唆している。
土壌とコンポストの重要性
土壌の健康はA.バウマニイの存在に重要な役割を果たしている。研究によると、河川やコンポストの近くの地域にはバクテリアの濃度が高いことがわかった。これらの場所は豊富な栄養素と湿気を提供し、バクテリアが繁茂するために不可欠である。
コンポストを研究することで、A.バウマニイは新鮮な有機物があると急速にコロニーを形成できることがわかった。コンポストが補充されないとバクテリアは消失するようで、A.バウマニイが特定の栄養素と湿度の範囲を持つ環境を好むという考えを補強している。
A.バウマニイを支持しない生息地
対照的に、森林環境ではA.バウマニイのレベルが低いことがわかった。森林から採取された土壌サンプルは非常に少ない陽性結果を示し、これらの地域がバクテリアの成長を抑制する可能性があることを示唆している。これは森林土壌で繁栄する種類の真菌がA.バウマニイを抑える可能性があるためだ。
森林におけるA.バウマニイの不在は、それを抑制する特定の環境因子が存在することを示している。
遺伝的多様性と世界的な広がり
A.バウマニイは複雑な遺伝的構成を持ち、異なる抗生物質抵抗性レベルを示す様々な株が存在する。研究者たちは多くの株から情報を集め、A.バウマニイのパンゲノム(全遺伝コンテンツ)が広範囲であり、多様な進化のパスがあることを確認した。
遺伝子分析から、A.バウマニイは何千年も前から世界中に広がっていることが示唆された。バクテリアは様々な生息地に見られ、長い適応と拡散の歴史を持っていることを示している。
人間のA.バウマニイへの影響
A.バウマニイは自然の中で一般的に見られるが、人間の活動はその分布に大きな影響を与えている。病院はこのバクテリアが深刻な脅威になる主要な場所で、治療に対する抵抗力と迅速な適応能力があるためだ。A.バウマニイはコミュニティの設定に存在することがあるが、その危険な株は通常病院環境に関連している。
都市野生生物や環境におけるA.バウマニイの証拠は、動物、人間、環境の健康の相互関係を考慮したワンヘルスアプローチの必要性を強調している。このアプローチは、こうしたバクテリアによって引き起こされるリスクを管理し理解するのに役立つ。
結論
アシネトバクター・バウマニイは健康上の懸念を引き起こす複雑なバクテリアであり、特に病院の環境で問題となる。その自然界での存在、特にホワイトストークにおける存在は、適応性と野生生物と人間の間の感染のリスクを示している。
A.バウマニイの生息地の好み、遺伝的多様性、生態的相互作用に関する広範な研究は、その行動に対する貴重な洞察を提供する。これらの側面を理解することは、その拡散を抑制し公衆衛生を守るための戦略を開発するのに重要である。継続的な研究が、その存在を監視し、行動に影響を与える環境の変化に適応するために必要である。
タイトル: On the ecology of Acinetobacter baumannii - jet stream rider and opportunist by nature
概要: The natural reservoirs of the nosocomial pathogen Acinetobacter baumannii are not well defined. We previously identified white storks as a model system to study the ecology of A. baumannii. Having screened more than 1,300 white stork nestlings over a period of six years across different regions of Poland and Germany (overall isolation rate of [~]29.5%), including food chain analyses and environmental samplings, we come up with a detailed picture of the dynamics and diversity of A. baumannii in their natural habitats. Adult storks, rather than being stably colonized with strains of A. baumannii which are successively transferred to their offspring, instead initially encounter these bacteria while foraging. Among their common food sources, consisting of earthworms, small mammals, and insects, we identified earthworms as a potential source of A. baumannii, but more so the associated soil as well as plant roots. Through this, hotspot soil and compost habitats were identified which enable population dynamics to be studied over the course of the year. We demonstrate that sterilized plant material is rapidly colonized by airborne A. baumannii suggesting they patrol to search for novel habitats, being opportunist by nature. The prevalence of A. baumannii exhibited a strong seasonality and peaked during summer. The strains we collected in Poland and Germany represent more than 50% of the worldwide known diversity in terms of the intrinsic OXA-51-like {beta}-lactamase. A set of [~]400 genomes was determined and compared to a diverse set of publicly available genomes. Our pan-genome estimate of the species ([~]51,000 unique genes) more than doubles the amount proposed by previous studies. Core-genome based phylogenetic analyses illustrated numerous links between wildlife isolates and hospital strains, including ancient as well as recent intercontinental transfer. Our data further suggest massive radiation within the species early after its emergence, matching with human activity during the Neolithic. Deforestation in particular seemed to set the stage for this bloom as we found that forests do not provide conducive conditions for the proliferation of A. baumannii. In contrast, wet and nutrient-rich soil alongside rivers sampled during the summer can yield an isolation rate of [~]30%. Linking published work on the interaction between A. baumannii and fungi and on aspergillosis as a major cause of mortality in white stork nestlings to our findings, we hypothesized that fungi and A. baumannii share a long history of coevolution. Interaction studies revealed the capability of A. baumannii to adhere to fungal spores and to suppress spore germination. Taken together, the intrinsic resistance endowment and potential to acquire antibiotic resistance can be explained by coevolution with antibiotic-producing fungi and other microorganisms within soil, and resistance to desiccation stress and radiation can be interpreted in the light of intercontinental hitchhiking through fungal spores. Originality - SignificanceThe ecology of the nosocomial pathogen Acinetobacter baumannii remains poorly understood outside the hospital. Here, we present the most comprehensive study on its environmental biology to date, after having collected more than 1,450 independent isolates of which around 400 were whole genome-sequenced. This study more than doubles the size of the pan-genome of the species, illustrating both the diversity of our collection and the bias of previous work, but also the bottleneck for the establishment of lineages within the hospital environment. We reached isolation rates of about 30% both in white stork (Ciconia ciconia) nestlings and in soil samples when considering for sampling all preferences of A. baumannii we uncovered. Thus, it is now possible to study the ecology and evolution of A. baumannii in nature at an unprecedented temporal and spatial resolution. We describe the worldwide spread of A. baumannii lineages in nature as an ancient phenomenon that even surpasses that of human-associated bacteria in magnitude. This is likely due to airborne spread, putatively facilitated by association with fungal spores. We propose that A. baumannii is an opportunist by nature, using airborne patrolling to rapidly enter new suitable habitats consisting of organic matter in early stages of decomposition. Our collective data suggest that A. baumannii, early after its speciation, went through massive radiation during the Neolithic, likely due to deforestation, settlement and farming producing numerous favorable habitats. Their natural lifestyle, which requires rapid adaptability to various habitats as well as tolerance to desiccation, radiation and antibiotic stress, perfectly predispose these opportunistic pathogens to establish within the hospital setting. Comparison of genomes from environmental and clinical isolates will now enable studies of the adaptive evolution of environmental bacteria towards multidrug-resistant opportunistic pathogens.
著者: Gottfried Wilharm, E. Skiebe, A. Lopinska, P. G. Higgins, K. Weber, C. Schaudinn, C. Neugebauer, K. Goerlitz, G. Meimers, Y. Rizova, U. Blaschke, C. Heider, C. Cuny, S. Drewes, E. Heuser, K. Jeske, J. Jacob, R. G. Ulrich, M. Bochenski, M. Kasprzak, E. Burda, M. Cieplinski, I. Kaluga, L. Jankowiak, J. I. Aguirre, A. Lopez-Garcia, U. Hoefle, Z. Jagiello, M. Tobolka, B. Janic, P. Zielinski, M. Kaminski, J. Frisch, J. Siekiera, A. F. Wendel, P. Brauner, U. Jaeckel, M. Kaatz, S. Mueller, A. Luebke-Becker, L. H. Wieler, J. von Wachsmann, L. Thrukonda, M. Helal, E
最終更新: 2024-01-15 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.01.15.572815
ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.01.15.572815.full.pdf
ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。
オープンアクセスの相互運用性を利用させていただいた biorxiv に感謝します。
参照リンク
- https://www.cdc.gov/media/releases/2019/s0506-zoonotic-diseases-shared.html
- https://www.gov.uk/government/publications/list-of-zoonotic-diseases/list-of-zoonotic-diseases
- https://www.ecdc.europa.eu/sites/default/files/documents/j-efsa-2021-6971.pdf
- https://www.bldb.eu/
- https://microreact.org/project/3ApuGKD61qPLT1ZNmoKcTb-acinetobacternobaps12dec23
- https://github.com/tseemann/mlst
- https://pubmlst.org/
- https://github.com/ncbi/amr
- https://github.com/tseemann/abricate
- https://github.com/tseemann/snippy