Die Ausbreitung von Antibiotikaresistenzen, bei denen infektiöse Bakterien in der Lage sind, die Medikamente zu besiegen, die sie töten sollen, ist laut einer heute in veröffentlichten Studie möglicherweise nicht in erster Linie auf den Antibiotikakonsum zurückzuführen eLife.
Die Studie legt vielmehr nahe, dass die Prävalenz von Antibiotikaresistenzen in Europa zwischen 1997 und 2018 hauptsächlich durch den Austausch zwischen Ökosystemen und den menschlichen Austausch wie Warenimporte oder Reisen erklärt wird.
Die Ergebnisse unterstützen die Idee, dass Interventionsstrategien, die auf der Reduzierung des Antibiotikaeinsatzes basieren, durch eine stärkere Kontrolle des Austauschs, insbesondere zwischen Ökosystemen, ergänzt werden sollten.
Antibiotikaresistenzen stellen heute eine der größten Bedrohungen für die globale öffentliche Gesundheit, die Ernährungssicherheit und die globale Entwicklung dar. Aufgrund der Ausbreitung von Antibiotikaresistenzen werden immer mehr Infektionen wie Lungenentzündung und Tuberkulose immer schwieriger zu behandeln, was zu längeren Krankenhausaufenthalten, höheren Kosten und einer erhöhten Sterblichkeit führt.
„Viele öffentliche Gesundheitsbehörden haben empfohlen, den Einsatz von Antibiotika als Reaktion auf die durch Resistenzen verursachten Herausforderungen zu reduzieren“, erklärt Co-Autorin Léa Pradier, eine ehemalige Doktorandin an der Universität Montpellier, Frankreich. Pradier führte die Studie zusammen mit Stéphanie Bedhomme, einer Forscherin am CNRS, durch. „Es gibt jedoch Fälle, in denen Industrieländer ihren Antibiotikaverbrauch reduziert und die Ausbreitung von Antibiotikaresistenzgenen in Bakterienpopulationen nicht gestoppt haben, was darauf hindeutet, dass andere Faktoren eine Rolle spielen“, fährt Pradier fort.
Um dies zu erklären, machten sich Pradier und Bedhomme daran, die genetische, geografische und ökologische Verteilung von Resistenzen gegen eine Klasse von Antibiotika namens Aminoglykoside zu beschreiben und anhand dieser Informationen den relativen Beitrag verschiedener Faktoren zu quantifizieren, die die Ausbreitung von Antibiotikaresistenzen vorantreiben. Aminoglykoside haben eine begrenzte klinische Anwendung beim Menschen, sind aber oft ein letzter Ausweg zur Behandlung multiresistenter Infektionen. Sie werden auch häufig zur Behandlung von Nutztieren verwendet, was bedeutet, dass Resistenzen gegen sie eine erhebliche Bedrohung für die globale Ernährungssicherheit darstellen.
Sie nutzten einen rechnergestützten Ansatz, um die genetische Information von über 160.000 Bakteriengenomen zu screenen und nach Genen zu suchen, die Aminoglykosid-modifizierende Enzyme (AMEs) codieren – den häufigsten Mechanismus der Aminoglykosid-Resistenz. Sie entdeckten AME-Gene in etwa einem Viertel der gescreenten Genome und in Proben aus allen Kontinenten (mit Ausnahme der Antarktis) und allen untersuchten Biomen. Die Mehrheit der AME-Gen-tragenden Bakterien wurde in klinischen Proben (55,3 %), menschlichen Proben (22,1 %) und landwirtschaftlichen Proben (12,3 %) gefunden.
Pradier und Bedhommme konzentrierten sich dann auf die Verbreitung von AME-Genen in ganz Europa von 1997 bis 2018, als die detailliertesten Daten verfügbar waren. Während dieses Zeitraums blieb der Konsum von Aminoglykosiden relativ konstant, war jedoch von Land zu Land sehr unterschiedlich. Beim Vergleich der Prävalenz von AME-Genen zwischen Ländern mit unterschiedlicher Verwendung von Aminoglykosiden im Laufe der Zeit stellte das Team fest, dass der Konsum von Aminoglykosiden nur ein geringfügiger erklärender Faktor war, mit wenigen positiven oder richtungsweisenden Auswirkungen auf die Prävalenz von AME-Genen.
Stattdessen impliziert der Datensatz, dass der menschliche Austausch durch Handel und Migration sowie der Austausch zwischen Biomen den größten Teil der Ausbreitung und Aufrechterhaltung von Antibiotikaresistenzen erklären, wenn sie über Zeit, Raum und Ökologie modelliert werden. AME-Gene können durch pflanzliche und tierische Produkte, internationalen Handel und Reisende über Kontinente getragen werden und sich dann durch einen Prozess namens horizontaler Gentransfer – die Übertragung genetischer Informationen zwischen Organismen – auf lokale Bakterienstämme ausbreiten. Der Pool von AME-Genen, die aus Pflanzen, Wildtieren und dem Boden entnommen wurden, wies die stärkste Überschneidung mit anderen Gemeinschaften auf, was darauf hindeutet, dass diese Biome wichtige Knotenpunkte für die AME-Genvermehrung sind, entweder durch horizontalen Resistenzgentransfer oder durch die Bewegung resistenter Bakterien.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die größte Ursache für die Ausbreitung des AME-Gens die Bewegung antibiotikaresistenter Bakterien zwischen Ökosystemen und Biomen ist. Diese Ausbreitung wird durch mobile genetische Elemente unterstützt, die die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass ein Genom mehrere Kopien desselben AME-Gens trägt. Dies erhöht die Expression von übertragenen AME-Genen und ermöglicht es Bakterien, durch die duplizierten Sequenzen neue Antibiotika-Resistenzfunktionen zu entwickeln.
Diese Ergebnisse sind vorläufig, da sie durch die Verwendung öffentlich zugänglicher Daten begrenzt sind, anstatt eine dedizierte Stichprobenmethode anzuwenden. Darüber hinaus verursachten die aus mehreren verschiedenen Forschungsprojekten stammenden genetischen Daten eine Stichprobenverzerrung in Richtung Industrieländer und Biome mit klinischem Interesse, was dazu führte, dass einige Standorte und Biome überrepräsentiert waren.
„Unsere Studie bietet einen breiten Überblick über die räumliche, zeitliche und ökologische Verteilung von AME-Genen und stellt fest, dass die jüngsten Variationen von AME-Bakterien in Europa zuerst durch die Ökologie, dann durch den menschlichen Austausch und schließlich durch den Antibiotikaverbrauch erklärt werden“, schließt Bedhomme. „Obwohl die Schlussfolgerungen dieser Studie nicht auf andere Antibiotika-Gene als AMEs ausgedehnt werden sollten, könnten die verwendeten Methoden leicht auf weitere Studien zu anderen Antibiotika-Resistenz-Genfamilien angewendet werden.“