Monitoramento de Esgoto: Uma Nova Fronte na Luta Contra a Resistência a Antibióticos
Analisar esgoto dá uma ideia sobre a saúde pública e as tendências de resistência a antibióticos.
Connor L. Brown, Monjura Afrin Rumi, Lauren McDaniel, Ayella Maile-Moskowitz, Justin Sein, Loc Nguyen, Minyoung Choi, Fadi Hindi, James Mullet, Muhit Emon, Nazifa Ahmad Moumi, Matthew F. Blair, Benjamin C. Davis, Jayashmina Rao, Anthony Baffoe-Bonnie, Peter Vikesland, Amy Pruden, Liqing Zhang
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Índice
- O que é resistência a antibióticos?
- Por que a VBE é importante para a RA?
- Desafios na VBE
- A complexidade do esgoto
- O papel do Uso de Antibióticos
- Padrões sazonais de prescrição de antibióticos
- Analisando amostras de esgoto
- Descobertas sobre genes de resistência a antibióticos
- Entendendo a dinâmica microbiana
- A influência de diferentes famílias de bactérias
- O papel dos biofilmes
- Tendências sazonais nas populações bacterianas
- Ligando o uso de antibióticos e resistência
- Implicações para a saúde pública
- Direções futuras para pesquisa
- Conclusão
- Fonte original
- Ligações de referência
A vigilância baseada em esgoto (VBE) é uma abordagem que analisa os materiais químicos e biológicos encontrados no esgoto para coletar informações sobre a saúde pública, especialmente em relação à Resistência a Antibióticos. Esse método coleta amostras de estações de tratamento de esgoto (ETE) para identificar vários patógenos e entender como os antibióticos estão sendo usados nas comunidades. Isso é muito útil porque os testes clínicos tradicionais podem não captar algumas das tendências mais amplas que estão rolando na comunidade.
O que é resistência a antibióticos?
A resistência a antibióticos (RA) ocorre quando as bactérias mudam em resposta ao uso de medicamentos feitos para matá-las. Isso pode deixar as infecções mais difíceis de tratar, resultando em internações mais longas, maiores custos médicos e um aumento no risco de morte. Pense nisso como se as bactérias estivessem colocando uma capa de super-herói para escapar da medicina que está tentando derrubá-las.
Por que a VBE é importante para a RA?
A VBE pode fornecer uma montanha de informações sobre os níveis de bactérias resistentes a antibióticos em uma comunidade sem depender apenas de dados clínicos. Esse método permite uma visão mais ampla, capturando várias informações de saúde que podem ser perdidas em testes individuais. É como conseguir uma foto de grupo em vez de apenas uma selfie. Ao analisar o esgoto, os cientistas podem identificar tendências ao longo do tempo e detectar surtos de bactérias resistentes antes que se espalhem.
Desafios na VBE
Embora a VBE mostre promessas, não está livre de desafios. Primeiro, os patógenos resistentes a antibióticos (PRA) são numerosos e variam muito em suas características. Alguns se desenvolvem melhor em certas condições do que outros, tornando difícil obter uma imagem clara. Além disso, os micróbios humanos no esgoto são apenas uma parte minúscula de uma mistura maior de muitos tipos diferentes de micróbios encontrados no esgoto. É como tentar encontrar algumas meias perdidas em uma enorme cesta de roupa suja.
A complexidade do esgoto
O esgoto municipal é um coquetel bagunçado de micróbios, incluindo aqueles de resíduos humanos e outras fontes, como água da chuva e Biofilmes que se formam nos canos de esgoto. O microbioma—essencialmente, a comunidade de micróbios—encontrado no esgoto é bastante complexo e pode mudar dependendo da época do ano. Essa variação sazonal pode influenciar os genes de resistência presentes na água, dificultando a determinação dos níveis exatos de RA.
Uso de Antibióticos
O papel doCuriosamente, a correlação entre o uso de antibióticos e o desenvolvimento de resistência não é tão simples. Embora pareça lógico que um aumento nas prescrições de antibióticos levaria a mais bactérias resistentes, estudos mostram que a relação costuma ser fraca. Isso pode ser devido a outros fatores, como o transporte de micróbios resistentes para a comunidade a partir de fontes externas, e não apenas ao uso local de antibióticos.
Padrões sazonais de prescrição de antibióticos
O uso de antibióticos pode variar, com padrões sazonais muitas vezes influenciados por fatores como infecções virais que aumentam durante certas épocas do ano. Por exemplo, quando a temporada de gripe chega, os médicos podem prescrever mais antibióticos para infecções relacionadas, o que pode aumentar temporariamente a presença de bactérias resistentes no esgoto. Pesquisadores descobriram que certos antibióticos são mais frequentemente prescritos nos meses de inverno, enquanto outros têm picos na primavera e no verão.
Analisando amostras de esgoto
Equipes de pesquisa coletam amostras do esgoto várias vezes por semana ao longo de períodos prolongados. Elas analisam essas amostras usando técnicas avançadas de sequenciamento para identificar os tipos de bactérias e genes de resistência presentes. O objetivo é conectar os dados de prescrição de antibióticos com os níveis de resistência encontrados no esgoto.
Descobertas sobre genes de resistência a antibióticos
Na análise das amostras de esgoto, os pesquisadores descobriram que genes específicos ligados à resistência a antibióticos de fato correspondiam às prescrições emitidas na comunidade. No entanto, o tempo importa—parece haver um atraso entre o aumento do uso de antibióticos e o aumento observável de genes de resistência no esgoto.
Entendendo a dinâmica microbiana
A comunidade microbiana presente no esgoto está em constante mudança, influenciada por muitos fatores, como condições ambientais e atividades humanas. Isso significa que a relação entre o uso de antibióticos e a resistência pode variar bastante, não apenas entre diferentes antibióticos, mas também devido a diferentes hospedeiros bacterianos.
A influência de diferentes famílias de bactérias
Ao olhar para as bactérias no esgoto, os pesquisadores notaram uma distinção significativa entre duas famílias principais: Enterobacteriaceae e Pseudomonadaceae. Os genes de resistência associados a Enterobacteriaceae tendem a responder mais rapidamente ao uso de antibióticos, enquanto aqueles associados a Pseudomonadaceae mostraram uma resposta mais demorada. Isso sugere que algumas bactérias são mais reativas à pressão dos antibióticos do que outras.
O papel dos biofilmes
Biofilmes, que são colônias de bactérias que se agarram a superfícies, podem complicar a dinâmica da resistência a antibióticos. Eles podem servir como um reservatório, abrigando bactérias e genes resistentes, e liberando-os na corrente de esgoto. Pense nos biofilmes como uma espécie de bar secreto para bactérias—escondidos do mundo exterior até que as condições estejam certas para se espalharem.
Tendências sazonais nas populações bacterianas
Pesquisas mostraram que a população de certas bactérias no esgoto não é estática. Ela muda com as estações, afetando a prevalência de cepas resistentes. Ao examinar como essas populações mudam, os pesquisadores podem obter insights sobre o quão bem determinados antibióticos estão funcionando e qual resistência pode estar em ascensão.
Ligando o uso de antibióticos e resistência
Ao analisar cuidadosamente a correspondência entre as prescrições de antibióticos e os genes de resistência no esgoto, os pesquisadores encontraram associações notáveis. Por exemplo, certos antibióticos mostraram uma forte correlação com genes de resistência específicos, reforçando a ideia de que o uso de antibióticos na comunidade impacta o que acontece no sistema de esgoto local.
Implicações para a saúde pública
Entender a dinâmica da resistência a antibióticos no esgoto pode ter implicações significativas para a saúde pública. Ao acompanhar essas tendências, os agentes de saúde podem antecipar surtos e desenvolver estratégias para combater a resistência antes que se torne um problema maior. A VBE pode servir como um sistema de alerta precoce, dando às comunidades a chance de enfrentar essas ameaças de frente.
Direções futuras para pesquisa
Embora haja muito a aprender com a vigilância de esgoto sobre resistência a antibióticos, mais pesquisas são necessárias. Estudos futuros terão como objetivo entender as complexidades das interações microbianas no esgoto, a estabilidade dos antibióticos em diferentes ambientes e mais sobre como a resistência se desenvolve. À medida que a tecnologia avança, também melhorará a precisão de nossas análises.
Conclusão
A vigilância baseada em esgoto fornece uma janela única para a saúde das comunidades e a crescente ameaça da resistência a antibióticos. Embora desafios permaneçam, os insights obtidos podem guiar os esforços para combater a resistência de forma eficaz. Com pesquisa contínua e as estratégias certas, podemos mudar o jogo contra a resistência a antibióticos, garantindo que os antibióticos permaneçam ferramentas eficazes na luta contra as infecções. E quem sabe, talvez um dia descobramos como fazer essas bactérias chatas desistirem de suas capas de super-herói de uma vez por todas.
Fonte original
Título: Metagenomics disentangles epidemiological and microbial ecological associations between community antibiotic use and antibiotic resistance indicators measured in sewage
Resumo: Wastewater-based surveillance (WBS) is proving to be a valuable source of information regarding pathogens circulating in the community, but complex microbial ecological processes that underlie antibiotic resistance (AR) complicate the prospect of extending WBS for AR monitoring. The epidemiological significance of observed relative abundances of antibiotic resistance genes (ARGs) in sewage is unclear, in part due to multiple sources and in-sewer processes that shape the ARG signal at the entry to the wastewater treatment plant (WWTP). Differentiating between human-derived signals of resistance and those associated with downstream physical and ecological processes could help amplify public health value of WBS of AR by removing noise. In particular, autochthonous sewage microbiota--microbes stably associated with sewage collection networks independent of human/fecal input--could influence profiles of antibiotic resistance via seasonality, temperature, or other factors that alter human community-level AR signals at a given time point. Here we address this fundamental challenge by differentiating distinct associations between sewage-borne antibiotic resistant bacteria and outpatient antibiotic use in the community served by the sewershed. This was made possible using a unique dataset of outpatient antibiotic prescription rates encompassing the majority of antibiotic use over a 5-year period. Leveraging a yearlong 2x weekly sampling of a conventional WWTP with deep metagenomic sequencing (average 29 Gbp/sample) and extensive bioinformatics analysis, we identify striking associations between sewage-borne ARGs and antibiotic usage depending on the putative bacterial host and the presumed environmental stability of the antibiotic. It was found that a subset of ARGs, predominantly associated with Enterobacteriaceae, displayed a direct correlation with antibiotic usage, while ARGs predominantly associated with Pseudomonadaceae displayed a lagged relationship with antibiotic usage (between 1-3 months). Nested statistical modeling was applied to model the relationship between Pseudomonas metagenome assembled genomes and lagged sulfamethoxazole/trimethoprim use while jointly considering sewage characteristics and seasonality. This effort demonstrates the utility of WBS for understanding epidemiological dimensions of AR and provides a framework for accomplishing this purpose by considering microbial ecological factors that contribute to the corresponding signals in sewage.
Autores: Connor L. Brown, Monjura Afrin Rumi, Lauren McDaniel, Ayella Maile-Moskowitz, Justin Sein, Loc Nguyen, Minyoung Choi, Fadi Hindi, James Mullet, Muhit Emon, Nazifa Ahmad Moumi, Matthew F. Blair, Benjamin C. Davis, Jayashmina Rao, Anthony Baffoe-Bonnie, Peter Vikesland, Amy Pruden, Liqing Zhang
Última atualização: 2024-12-12 00:00:00
Idioma: English
Fonte URL: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2024.12.11.24318846
Fonte PDF: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2024.12.11.24318846.full.pdf
Licença: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
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