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Articulo de referencia

Resistome

El resistoma se ha utilizado para describir dos conceptos similares pero distintos: Todos los genes de resistencia a los antibióticos en comunidades de bacterias patógenas y no ...

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El resistoma se ha utilizado para describir dos conceptos similares pero distintos:

Descubrimiento y datos actuales

El resistoma se utilizó por primera vez para describir las capacidades de resistencia de las bacterias que impiden la eficacia de los antibióticos. [ 4 ] [ 5 ] Aunque los antibióticos y sus genes de resistencia a los antibióticos asociados provienen de hábitats naturales, antes de la secuenciación de próxima generación, la mayoría de los estudios sobre la resistencia a los antibióticos se habían limitado al laboratorio. [ 6 ] La mayor disponibilidad de técnicas de secuenciación de próxima generación de genoma completo y metagenómica ha revelado importantes reservorios de bacterias resistentes a los antibióticos fuera de los entornos clínicos. [ 4 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] Las pruebas repetidas de metagenomas del suelo revelaron que en entornos urbanos, agrícolas y forestales, las bacterias del suelo formadoras de esporas mostraron resistencia a la mayoría de los principales antibióticos independientemente de su origen. [ 4 ] En este estudio, observaron casi 200 perfiles de resistencia diferentes entre las bacterias secuenciadas, lo que indica una respuesta diversa y robusta a los antibióticos probados independientemente de su objetivo bacteriano u origen natural o sintético. [ 4 ] Se han observado bacterias resistentes a los antibióticos mediante estudios metagenómicos en entornos no clínicos, como plantas de tratamiento de agua [ 5 ] [ 8 ] y microbiomas humanos como la boca. [ 10 ] Ahora sabemos que el resistoma antibiótico existe en todos los nichos ambientales de la Tierra, y las secuencias del permafrost antiguo revelan que la resistencia a los antibióticos ha existido durante milenios antes de la introducción de los antibióticos sintetizados por el hombre. [ 9 ]

La Base de Datos Integral de Investigación sobre Antibióticos (CARD) se creó para recopilar una base de datos de genes de resistencia a partir de los datos genómicos bacterianos, cada vez más disponibles. [ 7 ] La CARD es una recopilación de datos de secuencias e identificación de genes de resistencia en secuencias genómicas no anotadas. [ 7 ] La base de datos "incluye herramientas bioinformáticas que permiten la identificación de genes de resistencia a antibióticos a partir de datos de secuencias genómicas completas o parciales, incluidos contigs de ensamblaje de secuencias crudas no anotadas ". [ 7 ] Es un recurso destinado a crear una mejor comprensión del resistoma y vincula conjuntos de datos de salud, medio ambiente y agricultura. [ 7 ]

ResistomeDB se publicó en 2020 para almacenar el Resistoma Oceánico Global [ 11 ] . , basado en las muestras metagenómicas del Proyecto Tara Oceans .

patógenos humanos

Una pregunta fundamental en torno al resistoma ambiental es: ¿Cómo adquieren las bacterias patógenas genes de resistencia a los antibióticos del medio ambiente (y viceversa)? Para responder a esto, debemos considerar los mecanismos de transferencia horizontal de genes (THG) [ 12 ] y las diversas oportunidades de contacto entre bacterias ambientales y patógenos humanos.

En las comunidades bacterianas resistentes a los antibióticos del suelo, se han encontrado genes que confieren resistencia en elementos genéticos móviles. [ 4 ] De manera similar, en un análisis del resistoma en una planta de tratamiento de agua, se encontraron plásmidos y otros elementos genéticos móviles codificadores de proteínas en todos los niveles de filtración, y estos elementos móviles albergaban genes de resistencia. [ 5 ] Estas comunidades resistentes del suelo y del agua se conocen como reservorios, desde los cuales la resistencia puede transferirse a bacterias patógenas. [ 12 ] La secuenciación metagenómica y el ensamblaje basado en lecturas cortas han revelado el intercambio de genes de resistencia a los antibióticos entre bacterias ambientales no patógenas del suelo y patógenos clínicos. [ 13 ] Las porciones en las bacterias del suelo coinciden perfectamente con la identidad de varios patógenos humanos diversos y contienen casetes de resistencia contra cinco clases de antibióticos . [ 13 ] Estos casetes de resistencia también contienen secuencias que reflejan una transferencia horizontal de genes reciente y proporcionan el mecanismo de cómo ocurrió esa transferencia. [ 13 ] Estos genes de resistencia a los antibióticos también conservan su funcionalidad incluso después de ser eliminados por completo del contexto de su huésped original, lo que enfatiza su compatibilidad con una amplia gama de huéspedes, incluidos los patógenos. [ 13 ] Curiosamente, la alta conservación de la identidad del gen de resistencia también se observó en el microbioma intestinal humano. [ 13 ] Aunque la similitud promedio de aminoácidos entre la microbiota intestinal humana y los patógenos resistentes fue de solo alrededor del 30,2 al 45,5 %, sus genes de resistencia coincidieron perfectamente con los de las bacterias patógenas, lo que sugiere que los resistomas del tracto gastrointestinal humano, el suelo y los patógenos clínicos están todos conectados. [ 13 ] Cabe señalar, sin embargo, que el riesgo de transmisión no puede simplemente extrapolarse de la abundancia de genes del resistoma en una población, y se debe considerar un enfoque multifacético para los análisis de riesgo para comprender completamente los riesgos planteados. [ 12 ] Por ejemplo, se ha observado que la movilidad de los genes de resistencia a los antibióticos depende de si la población es patógena o no, y las comunidades de patógenos tienen proporciones mucho mayores de elementos genéticos móviles. [ 14 ]

Cuando la resistencia a los antibióticos está presente en el medio ambiente, es importante considerar cómo los patógenos humanos interactúan o se integran en esos entornos y cómo se produce el intercambio de resistencia a los antibióticos en ellos. Por ejemplo, las bacterias bucales pueden llegar a otras partes del cuerpo a través de los sistemas digestivo y sanguíneo, y nuestra saliva transfiere fácilmente bacterias a otras personas, por lo que existen varias formas en que las bacterias resistentes a los antibióticos en el microbioma oral pueden transferir fácilmente sus genes de resistencia a otras comunidades bacterianas potencialmente patógenas. [ 10 ] Además, se ha observado que los resistomas del suelo y de los patógenos no son distintos, por lo que es esencial que comprendamos la resistencia ambiental en entornos acuáticos y otros entornos con alta probabilidad de interacción con patógenos humanos . [ 13 ] En la Pseudomonas aeruginosa hiperresistente a los antibióticos, el estrés ambiental es clave para la forma en que se expresa su resistoma; las formas intrínsecas, adquiridas y adaptativas de expresión de genes de resistencia ocurren bajo diferentes presiones ambientales y dan lugar a desafíos significativos en el desarrollo de tratamientos efectivos en respuesta. [ 15 ]

Nuestra comprensión de cómo los humanos crean una presión selectiva positiva adicional para la resistencia a los antibióticos en entornos no clínicos es esencial ahora más que nunca. [ 4 ] [ 5 ] El aumento de la resistencia a los antibióticos ha reducido gravemente la eficacia de los medicamentos antibióticos, lo que plantea una grave preocupación en el ámbito del desarrollo de medicamentos y el mantenimiento de la salud pública. [ 9 ] Los antibióticos fabricados por el hombre no son la única fuente de presión de resistencia a los antibióticos en la naturaleza, ya que los antibióticos están presentes en diversas concentraciones y funcionan como mecanismos de defensa y señalización, seleccionando la resistencia a los antibióticos de forma natural en el medio ambiente. [ 6 ] Por esta razón, estudiar los antibióticos naturales y los patrones de resistencia a los antibióticos que surgen naturalmente en la naturaleza puede ayudarnos a predecir y responder a la resistencia a los antibióticos en entornos clínicos. [ 6 ] Los análisis de datos de secuencias metagenómicas son herramientas útiles para comprender cómo el impacto humano influye en la propagación de genes de resistencia. [ 13 ] Un efecto de la introducción de altos niveles de antibióticos fabricados por el hombre en el medio ambiente es la promoción de la resistencia a los antibióticos incluso en ausencia de producción natural de antibióticos. [ 4 ] Las condiciones de estrés secundario, como la contaminación por metales pesados, provocan una mayor transferencia horizontal de genes (THG) como respuesta al estrés, lo que probablemente también contribuye a la diseminación de genes resistentes a los antibióticos. [ 6 ] Además, el rápido aumento de las poblaciones humanas sin un tratamiento adecuado de las aguas residuales permite una mayor probabilidad de que los patógenos humanos entren en contacto con bacterias ambientales portadoras de resistencia, [ 6 ] por lo que es importante considerar el tratamiento de aguas residuales como una fuente de THG. [ 10 ]

Resistencia a las infecciones

El resistoma también se refiere a un conjunto heredado de genes utilizados para resistir infecciones. [ 3 ] [ 2 ] Este concepto también se conoce como inmunidad innata , y los genes de resistencia dentro del resistoma proporcionan diferentes funciones para la respuesta inmune y se transcriben diferencialmente. [ 3 ] Curiosamente, en un estudio de Arabidopsis thaliana, las regiones activadas en el cromosoma para la resistencia contra bacterias y virus se agrupan, lo que probablemente significa que están correguladas. [ 3 ]

La comparación de diferentes mutaciones en la línea germinal puede utilizarse para ayudar a definir el tamaño y la posición del resistoma, este conjunto de genes que confieren una respuesta inmune heredada. [ 2 ] Debido a la mutación, el "resistoma universal", un conjunto de genes de resistencia compartidos entre todos los ratones, similar al concepto de panmicrobioma, [ 16 ] es probablemente extremadamente pequeño. [ 2 ]

Referencias

  1. ↑ Wright, Gerard D. (marzo de 2007). " El resistoma antibiótico: el nexo de la diversidad química y genética" . Nature Reviews Microbiology . 5 (3): 175– 186. doi : 10.1038/nrmicro1614 . ISSN 1740-1526 . PMID 17277795. S2CID 6820908 .   
  2. 1 2 3 4 Beutler B, Crozat K, Koziol JA, Georgel P (febrero de 2005). "Análisis genético de la inmunidad innata a la infección: el modelo de citomegalovirus de ratón". Current Opinion in Immunology . 17 (1): 36– 43. doi : 10.1016/j.coi.2004.11.004 . PMID 15653308 . 
  3. 1 2 3 4 Marathe R, Guan Z, Anandalakshmi R, Zhao H, Dinesh-Kumar SP (julio de 2004). "Estudio del resistoma de Arabidopsis thaliana en respuesta a la infección por el virus del mosaico del pepino mediante microarrays de genoma completo". Plant Molecular Biology . 55 (4): 501– 20. doi : 10.1007/s11103-004-0439-0 . PMID 15604696. S2CID 7460917 .  
  4. 1 2 3 4 5 6 7 D'Costa VM, McGrann KM, Hughes DW, Wright GD (enero de 2006). "Muestreo del resistoma antibiótico". Science . 311 (5759): 374– 7. Bibcode : 2006Sci...311..374D . doi : 10.1126/science.1120800 . PMID 16424339 . S2CID 14411188 .  
  5. 1 2 3 4 Dias MF, da Rocha Fernandes G, Cristina de Paiva M, Christina de Matos Salim A, Santos AB, Amaral Nascimento AM (mayo de 2020). "Explorando el resistoma, el viruloma y el microbioma del agua potable en entornos ambientales y clínicos". Water Research . 174 115630. Bibcode : 2020WatRe.17415630D . doi : 10.1016/j.watres.2020.115630 . PMID 32105997. S2CID 211556937 .  
  6. 1 2 3 4 5 Martínez JL (julio de 2008). "Antibióticos y genes de resistencia a antibióticos en entornos naturales". Science . 321 (5887): 365– 7. Bibcode : 2008Sci...321..365M . doi : 10.1126/science.1159483 . PMID 18635792. S2CID 38529155 .  
  7. 1 2 3 4 5 McArthur AG, Waglechner N, Nizam F, Yan A, Azad MA, Baylay AJ, et al. (julio de 2013). "La base de datos integral de resistencia a los antibióticos" . Antimicrobial Agents and Chemotherapy . 57 (7): 3348– 57. doi : 10.1128/AAC.00419-13 . PMC 3697360. PMID 23650175 .   
  8. 1 2 Manaia CM, Rocha J, Scaccia N, Marano R, Radu E, Biancullo F, et al. (junio de 2018). "Resistencia a los antibióticos en plantas de tratamiento de aguas residuales: abordando la caja negra". Environment International . 115 : 312–324 . Bibcode : 2018EnInt.115..312M . doi : 10.1016/j.envint.2018.03.044 . hdl : 10400.14/24295 . PMID 29626693. S2CID 4686577 .   
  9. 1 2 3 Brown ED, Wright GD (enero de 2016). " Descubrimiento de fármacos antibacterianos en la era de la resistencia" . Nature . 529 (7586): 336– 43. Bibcode : 2016Natur.529..336B . doi : 10.1038/nature17042 . PMID 26791724. S2CID 4401156 .  
  10. 1 2 3 Diaz-Torres ML, Villedieu A, Hunt N, McNab R, Spratt DA, Allan E, et al. (mayo de 2006). "Determinación del potencial de resistencia a los antibióticos de la microbiota oral indígena de los humanos mediante un enfoque metagenómico" . FEMS Microbiology Letters . 258 (2): 257– 62. doi : 10.1111/j.1574-6968.2006.00221.x . PMID 16640582 .  
  11. ↑ Cuadrat, Rafael RC; Sorokina, María; Andrade, Bruno G; Goris, Tobías; Dávila, Alberto MR (01-05-2020). "Revelada la resistencia oceánica global: exploración de la abundancia y distribución de genes de resistencia a antibióticos en muestras de TARA Oceans" . GigaCiencia . 9 (5). doi : 10.1093/gigascience/giaa046 . ISSN 2047-217X . PMC 7213576 . PMID 32391909 .   
  12. 1 2 3 Manaia CM (marzo de 2017). "Evaluación del riesgo de transmisión de resistencia a los antibióticos del medio ambiente a los humanos: proporcionalidad no directa entre abundancia y riesgo" . Trends in Microbiology . 25 (3): 173– 181. doi : 10.1016/j.tim.2016.11.014 . PMID 28012687 . 
  13. 1 2 3 4 5 6 7 8 Forsberg KJ, Reyes A, Wang B, Selleck EM, Sommer MO, Dantas G (agosto de 2012). "El resistoma antibiótico compartido de bacterias del suelo y patógenos humanos" . Science . 337 (6098): 1107–11 . Bibcode : 2012Sci...337.1107F . doi : 10.1126/science.1220761 . PMC 4070369. PMID 22936781 .  
  14. ↑ Forsberg KJ, Patel S, Gibson MK, Lauber CL, Knight R, Fierer N, Dantas G (mayo de 2014). " La filogenia bacteriana estructura los resistomas del suelo en diferentes hábitats" . Nature . 509 (7502): 612–6 . Bibcode : 2014Natur.509..612F . doi : 10.1038/nature13377 . PMC 4079543. PMID 24847883 .  
  15. ↑ Breidenstein EB, de la Fuente-Núñez C, Hancock RE (agosto de 2011). "Pseudomonas aeruginosa: todos los caminos conducen a la resistencia". Trends in Microbiology . 19 (8): 419–26 . doi : 10.1016/j.tim.2011.04.005 . PMID 21664819 . 
  16. ↑ Aguirre de Cárcer D (septiembre de 2018). "El panmicrobioma intestinal humano presenta un núcleo compositivo formado por unidades filogenéticas discretas" . Scientific Reports . 8 (1): 14069. Bibcode : 2018NatSR...814069A . doi : 10.1038/ s41598-018-32221-8 . PMC 6145917. PMID 30232462 .