patogeny | Svět2000

Mikroby přežívají na dezinfekčních prostředcích a dokonce se vyvíjejí

21. 10. 2024 Iveta Mauci 4 min read 194 Zobrazení Antarktida, Candidatus phylum Eremiobacterota, dezinfekce, Ho Či Minovo město, Micrococcus luteus, mikroby, nanobakterie, patogeny, pouštní půda Antarktidy, Univerzita Xi'an Jiaotong-Liverpool, vývoj, zdravotní riziko

Medicína Nové Výzkum

Nový výzkum ukázal, že městští mikrobi se vyvíjejí, aby odolávali dezinfekčním prostředkům, které používáme k jejich likvidaci. Také identifikoval nové kmeny, které byly dříve nalezené pouze v půdě antarktické pouště.

Po nedávné pandemii se používání dezinfekčních prostředků zvýšilo. Snahy o vytvoření sterilního městského prostředí ale selhávají.

Oblasti se zastavěnou plochou mají nízký obsah tradičních živin a základních zdrojů, které mikroby potřebují k přežití, takže mají jedinečný mikrobiom.

Používání čisticích a jiných uměle vyrobených produktů vytváří jedinečné prostředí, které vytváří selektivní tlaky na mikroby, kterým se musí přizpůsobit, nebo je odstranit. Mechanismy, kterými se mikroby přizpůsobují a přežívají ve vybudovaných prostředích, jsou ale špatně pochopené.

Nová studie publikovaná v časopise Microbiome identifikovala nové kmeny mikrobů, které se přizpůsobily využívání omezených zdrojů dostupných v městech a ukázala, že naše každodenní chování mění složení mikroorganismů ve vnitřním prostředí.

„Zastavěná prostředí nabízejí odlišné podmínky, které je odlišují od přirozených a uměle vytvořených stanovišť,“ říká doktorka Xinzhao Tongová, odborná asistentka liverpoolské univerzity Xi’an Jiaotong (XJTLU) v Číně a hlavní autorka studie.

Analýza genomického obsahu mikrobů

Vědci odebrali 738 vzorků z různých stavebních prostředí. Včetně metra, obytných domů, veřejných zařízení, přístavních mol a lidské kůže v Hongkongu. Poté použili metagenomické sekvenování, aby analyzovali genomický obsah mikrobů a pochopili, jak se přizpůsobili náročným městským podmínkám.

Tým identifikoval 363 dosud neidentifikovaných mikrobiálních kmenů, které žijí na naší kůži a v prostředí kolem nás. Některé genomy těchto kmenů obsahovaly geny pro metabolizaci uměle vyrobených produktů nalezených ve městech a jejich použití jako zdroje uhlíku a energie. To zahrnuje objev kmene Candidatus phylum Eremiobacterota, který byl dříve hlášený pouze v antarktické pouštní půdě.

Genom tohoto nového kmene Eremiobacterota mu umožňuje metabolizovat amonné ionty, které se nacházejí v čisticích prostředcích. Kmen má také geny pro alkohol a aldehyddehydrogenázy, které odbourávají zbytkový alkohol, který se nachází v běžných dezinfekčních prostředcích.

Mikroby, které mají vylepšené schopnosti využívat omezené zdroje a tolerovat produkty, jako jsou dezinfekční prostředky a kovy, překonávají neodolné kmeny, zvyšují jejich přežití a dokonce podporují evoluci v zastavěných prostředích. Pokud jsou patogenní, mohly by představovat zdravotní riziko.

Tým identifikoval 11 unikátních, dříve necharakterizovaných kmenů Micrococcus luteus, typicky nepatogenních, ale schopných způsobit oportunní infekce u imunokompromitovaných jedinců.

„Otázka jejich přizpůsobení našemu chování se stává obzvláště kritickou v klinických prostředích, kde nemocnice slouží jako horké body pro různé patogeny, které způsobují infekce získané v nemocnicích (HAI). HAI představují významnou hrozbu, zejména na jednotkách intenzivní péče, kde úmrtnost může dosáhnout až 30 %,“ řekla doktorka Tongová.

Projekt Human Microbiome, který zahájila NIH v roce 2007, poskytl první pohled na mikrobiální rozmanitost zdravých lidí a zkoumá možné vztahy mezi konkrétními lidskými nemocemi a mikrobiomem. *Ve směru hodinových ručiček zleva nahoře*: Streptococcus (kredit: Tom Schmidt); mikrobiální biofilm smíšených druhů z lidského těla (kredit: A. Earl, Broad Institute/MIT); Bacillus (kredit: Tom Schmid); Malassezia lopophilis (kredit: JH, CDC).

Patescibacteria jsou považováné za parazitické

Vědci také charakterizovali dva nové kmeny Patescibacteria, známé jako „nanobakterie“, protože mají malé genomy, které neobsahují mnoho genů pro produkci vlastních zdrojů.

Některé kmeny Patescibacteria jsou považované za parazitické, protože se spoléhají na bakteriální hostitele, kteří jim dodávají živiny. V této studii však vědci zjistili, že jeden z kmenů nanobakterií, získaný z lidské kůže, obsahuje geny pro biosyntézu karotenoidů a ubichinonu.

Tyto antioxidační sloučeniny jsou pro člověka životně důležité, zejména karotenoidy. Obvykle je získáváme prostřednictvím naší stravy, což naznačuje možný vzájemný vztah mezi bakteriemi a námi jako jejich hostiteli.

Toto vylepšené porozumění mikrobiálním metabolickým funkcím v městských prostředích pomáhá vyvíjet strategie k vytvoření zdravého vnitřního ekosystému mikrobů, se kterým můžeme žít.

Tým nyní zkoumá přenos a vývoj rezistence u patogenních mikrobů na jednotkách intenzivní péče, které jsou vystavené přísným a rozsáhlým dezinfekčním postupům. Doufají, že zlepší postupy kontroly infekcí a zvýší bezpečnost klinického prostředí pro zdravotníky a pacienty.

Zdroj: EurekAlert, Microbiom, Xi’an Jiaotong – univerzita Liverpool (XJTLU)

Představují prastaré patogeny z tajícího permafrostu riziko?

7. 8. 2023 Markéta Beňovská, Mgr. 0 komentářů 2 min read 382 Zobrazení ekologie, klima, klimatické změny, nebezpečné patogeny, patogeny, permafrost, tání, tání ledovců, věda, Země

Budoucnost Příroda/Fauna Věda Zajímavosti

Změna klimatu může urychlit uvolňování patogenů, které „cestují časem“ a jsou po tisíciletí uvězněny v tajícím permafrostu a ledu. Jejich výskyt zvyšuje riziko pro globální životní prostředí a dokonce i pro lidstvo, píše Azocleantech.

Zatímco tání ledovců a věčně zmrzlé půdy hrozí opětovným výskytem mnoha typů spících patogenů, potenciální škody na pokročilých ekosystémech způsobené těmito mikroby bylo obtížné předvídat.

Nová celosvětová studie publikovaná v časopise PLOS Computational Biology s otevřeným přístupem, jejímž autorem je Dr. Giovanni Strona ze Společného výzkumného střediska Evropské komise a Corey Bradshaw, profesor globální ekologie Matthew Flinders z Flinders University v Austrálii, však vyhodnotila ekologické hrozby, které uvolňování těchto nepředvídatelných starobylých mikrobů představuje.

Výzkumníci vytvořili simulace, v nichž digitální patogeny z minulosti pronikají do společenství hostitelů podobných bakteriím. Porovnávali účinky invaze patogenů na diverzitu hostitelských bakterií s účinky ve společenstvech, kde k invazi nedošlo.

Při simulacích vědci zjistili, že dávné invazní patogeny mohou často přežít a vyvíjet se v moderním světě, přičemž asi 3 % z nich se v novém prostředí stanou dominantními.

Přibližně 1 % těchto invazistů přineslo neočekávané výsledky, přičemž někteří způsobili vymření až třetiny hostitelských druhů, zatímco jiní zvýšili diverzitu až o 12 % ve srovnání se simulacemi, kde únik nebyl povolen.

Ačkoli se riziko, které představuje toto 1 % uvolněných patogenů, může zdát zanedbatelné, vědci tvrdí, že tyto úniky představují významnou hrozbu vzhledem k obrovskému objemu starobylých mikrobů, které jsou běžně uvolňovány do moderních společenstev.

Dr. Giovanni Strona k tomu dodává: „Zjistili jsme, že invazní patogeny mohou často přežívat, vyvíjet se a v několika případech se stát výjimečně trvalými a dominantními ve společenstvu, což způsobuje buď značné ztráty, nebo změny v počtu žijících druhů. Naše zjištění tedy naznačují, že nepředvídatelné hrozby, které se dosud omezovaly na science fiction, by ve skutečnosti mohly představovat vážné riziko jako silné faktory ekologických škod.“

Podle profesora Coreyho Bradshawa z Flindersovy univerzity nejnovější výzkum naznačuje reálnou hrozbu neznámých patogenů tzv. „černých labutí“, které mohou způsobit nenapravitelné škody.

Z tohoto pohledu jsou naše výsledky znepokojivé, protože poukazují na skutečné riziko plynoucí ze vzácných událostí, kdy patogeny v současnosti uvězněné v permafrostu a ledu způsobují závažné ekologické dopady. V nejhorším, ale přesto zcela pravděpodobném případě invaze jediného starobylého patogenu snížila velikost hostitelského společenstva o 30 % ve srovnání s našimi neinvazními kontrolami.

Corey Bradshaw poznamenává: „Jako společnost musíme pochopit potenciální riziko, které tyto starověké mikroby představují, abychom se mohli připravit na případné nechtěné důsledky jejich uvolnění do moderního světa. Výsledky nám říkají, že toto riziko již není pouhou fantazií, proti které bychom se neměli připravovat.“

Badatelé sestavili a otestovali simulované uvolnění digitálních patogenů do biologických společenstev pomocí softwarové platformy Avida, která je určena pro umělý život a kterou vytvořila Michiganská státní univerzita.

Znovu probuzené zárodky z permafrostu by mohly infikovat moderní buňky a způsobit zkázu

28. 7. 2023 Adam Walko 0 komentářů 3 min read 418 Zobrazení bakterie, patogeny, permafrost, tání ledovců, zárodky

Budoucnost Medicína TOP 10 Věda

Počítačové simulace ukazují, že prehistorické patogeny „cestující v čase“ mohou přežít a prosperovat v moderních mikrobiálních komunitách

Nová studie tak trochu připomíná počítačovou hru, i když děsivou, píše IFL Science. Starověké patogeny, které unikají z tání permafrostu, mají potenciál přežít v moderních mikrobiálních komunitách, někdy zabíjejí jejich rozmanitost a stávají se dominantním kmenem. Dále je dopad této skutečnosti nepředvídatelný – a právě této nepředvídatelnosti se vědci nejvíce obávají.

K dosažení těchto zjištění použili vědci intenzivně podrobné výpočetní simulace, které zahrnují digitální virový patogen z minulosti, který byl zaveden do digitální Petriho misky s jinými hostiteli podobnými bakteriím. Poté kliknou na „jít“ a uvidí, co se stane.

„Používáme umělé simulace života. Máte tyto digitální organismy, které jsou jako počítačové programy, které soutěží o zdroje. I když jsou docela abstraktní, chovají se jako bakterie. Využívají zdroje k růstu, soutěží, reprodukují se a podobným způsobem interagují s prostředím,“ řekl IFLScience Giovanni Strona, hlavní autor studie ze Společného výzkumného centra Evropské komise a Helsinské univerzity.

Spolu s výhodou, že se nezabývají skutečnými bakteriemi, simulace umožňují výzkumníkům opakovat simulace znovu a znovu a zároveň jemně ladit mnoho různých proměnných.

Simulace zjistily, že starověké invazní patogeny mohly často přežít a vyvinout se v moderní mikrobiální komunitě, což je samo o sobě pozoruhodný objev. Kromě toho byly staré bakterie velmi úspěšné. Zhruba ve třech procentech případů starověký patogen překonal moderní bakterie a stal se dominantním druhem.

V jiných případech starý patogen ve skutečnosti zvýšil mikrobiální diverzitu. V jednom procentu případů přinesli útočníci nepředvídatelné výsledky, což bylo ze všech nejvíce znepokojující.

„Vetřelec se „správnými“ vlastnostmi může selhat, zatímco někteří vetřelci, u kterých se zdálo nepravděpodobné, že uspějí, mohou být ve skutečnosti velmi úspěšní a být pro komunitu velmi oškliví,“ vysvětlil Strona.

„Je to naprostá nepředvídatelnost procesu, která je špatnou zprávou, protože nám říká, že je velmi těžké být připraven,“ dodal.

Vzhledem k tomu, že globální teploty stále rostou a rostou, je velmi reálná možnost, že spící mikroby, které byly po tisíce let zmrzlé v ledových čepicích a permafrostu, by mohly být znovu probuzeny a uvolněny do životního prostředí.

Zatímco velkým problémem je, zda by tyto staré patogeny mohly infikovat lidi a vyvolat novou pandemii, nový výzkum zdůrazňuje mnohem jemnější – ale ne nutně méně škodlivou – hrozbu.

Znovuzavedením mikrobů zpět do dlouhotrvajících prostředí se vměšuje do vzácné rovnováhy, která je možná stabilní po tisíce let. Stejně jako motýlí efekt by reintrodukce malého mikroorganismu mohla mít hluboké účinky na širší ekosystém.

„Zahrávat si se strukturou ekologických komunit není dobrá věc, i když čistá diverzita zůstala stejná nebo i když diverzita vzrostla,“ pokračoval Strona.

„Mohli bychom mít jakési kaskádové efekty, které jsou naprosto nepředvídatelné.“ Můžete spustit kaskádové efekty, které by mohly zkolabovat ekosystémy nebo způsobit další vymírání,“ řekl.

To by také mohlo mít přímý dopad na lidi. Jako všechno živé i my jsme neoddělitelně propleteni s biliony mikroorganismů, které žijí v nás a kolem nás. Přidáním nových nechtěných postav do mixu by se mohly vychýlit dlouhotrvající rovnováhy, což zvýšilo riziko onemocnění a katastrof.

„Pokud jde o lidské zdraví, můžeme skončit zpackáním situací, které byly po dlouhou dobu stabilní,“ dodal.

Studie je publikována v časopise PLOS Computational Biology.

Nebezpečí plynoucí z multirezistentních patogenů šířených ve válečné zóně Ukrajiny

3. 7. 2023 Markéta Beňovská, Mgr. 3 min read 550 Zobrazení antibiotika, bakterie, Calymmatobacterium granulomatis, Dovanóza, Klebsiella, léky, medicína, patogeny, sexuáné přenosné nemoci, superbakterie, Ukrajina, válka, vzorky, zdraví

Budoucnost Medicína Nové Válečná zóna

Vědci bijí na poplach, na ukrajinských klinikách se šíří extrémně odolné bakterie

Jak ukázaly odběry vzorků, mnoho pacientů zraněných ve válce je nositeli patogenů, které jsou imunní i vůči nouzovým antibiotikům. Šest procent zárodků, z nichž byly odebrány vzorky, bylo dokonce odolných vůči všem známým antibiotikům. S takovým rozsahem rezistence vůči antibiotikům jsme se dosud nikde nesetkali, dokonce ani v Indii a Číně, uvádějí vědci. Je naléhavě zapotřebí pomoci, píše Scinnex.

Stále více bakteriálních patogenů je imunních vůči běžným antibiotikům. Vyvinuly si obranné mechanismy proti účinku antibiotik prostřednictvím mutací a příslušné geny rezistence pak předávají bakteriím jiných druhů a skupin. Mnoho patogenů je nyní imunních i vůči nouzovým antibiotikům, jako je kolistin a nové látky. Výsledkem je, že jen v roce 2019 zemřelo více lidí na infekce, které se skutečně daly vyléčit, než na HIV nebo malárii.

Volání o pomoc z Ukrajiny

Studie nyní ukazuje, že Ukrajina se také stala ohniskem rezistence vůči antibiotikům. Rezistence se v tamních vojenských nemocnicích zvýšila již od anexe Krymu v roce 2014 a situace se zhoršila se začátkem války v únoru 2022. Ukrajinský mikrobiolog Oleksandr Nazarčuk z Vinnycké univerzity proto požádal švédské kolegy o podporu při zkoumání situace.

V období od února do září 2022 se výzkumný tým pod vedením Kristiana Riesbecka z Lundské univerzity několikrát vydal na Ukrajinu a odebral vzorky celkem 141 pacientům ve třech nemocnicích. Jednalo se o 133 vážně zraněných vojáků a civilistů s válečnými střelnými zraněními, popáleninami nebo zlomeninami kostí a osm dětí se zápalem plic. U všech pacientů bylo podezření na bakteriální infekce.

Bezprecedentní úroveň rezistence

Vyhodnocení vzorků odhalilo alarmující množství multirezistentních patogenů: „Několik gramnegativních bakterií vykazovalo rezistenci vůči širokospektrálním antibiotikům, včetně nově vyvinutých látek inhibujících enzymy, které zatím nejsou na trhu vůbec dostupné,“ uvádí Riesbeck. Mezi těmito antibiotiky je i kombinace léků ceftazidim-avibatam, která se používá speciálně proti bakteriím, které jsou již jinde rezistentní – 80 % patogenů izolovaných na ukrajinských klinikách bylo vůči tomuto léku imunních.

Vědci zjistili také rezistenci na rezervní antibiotikum cefiderokol, které bylo v EU schváleno až v roce 2020, a na novou kombinaci léků ceftolozan-tazobaktam. „Kromě toho bylo téměř deset procent vzorků rezistentních vůči našemu rezervnímu antibiotiku kolistinu, které se podává pouze v nejnutnějších případech,“ říká Riesbeck. „Až šest procent vzorků obsahovalo bakterie, které byly imunní vůči všem testovaným antibiotikům.“

Taková úroveň bakteriální rezistence je podle něj alarmující: „Už jsem si na hodně zvykl a vyšetřil jsem mnoho pacientů a bakterií. Ale musím přiznat, že s tak odolnými bakteriemi jsem se ještě nikdy nesetkal,“ říká Riesbeck. „Dokonce ani v Indii a Číně, kde jsme již našli mnoho multirezistentních patogenů, jsme nenašli nic srovnatelného s touto úrovní rezistence.“

Extrémní odolnost i u „superbakterií“ Klebsiella

Vzorky patogenu Klebsiella pneumoniae izolované na Ukrajině vykazovaly obzvláště široké spektrum rezistence. Tato bakterie je Světovou zdravotnickou organizací (WHO) zařazena na seznam nejnebezpečnějších multirezistentních patogenů. Infekce tímto patogenem mohou být smrtelné, zejména pro osoby s oslabenou imunitou a nemocniční pacienty. Klebsiella pneumoniae však může způsobit zápal plic a infekce močových cest i u zdravých lidí.

Ukrajinské izoláty Klebsielly byly z 81 až 100 % rezistentní vůči pěti ze šesti testovaných antibiotik, přičemž 24 % z nich vykazovalo také rezistenci vůči kolistinu. „To mě velmi znepokojuje, protože je velmi vzácné najít kmeny klebsielly s tak vysokou mírou rezistence. Něco takového jsme nečekali,“ říká Riesbeck. „Ačkoli jednotlivé případy byly zdokumentovány i v Číně, rozsah zdejší situace překonává vše, co jsme dosud viděli.“

Válka na dvou frontách

Podle výzkumného týmu tato zjištění zdůrazňují, že válka na Ukrajině má také vážné zdravotní důsledky. „Ukrajinský zdravotnický systém je pod obrovským tlakem. Omezené zdroje velmi ztěžují udržení prevence a kontroly infekcí,“ uvádějí vědci. „To podporuje šíření rezistentních patogenů.“

Proto je podle nich nyní nezbytné poskytnout Ukrajině také lékařskou pomoc. „Musíme jim pomoci tuto situaci monitorovat a zvládnout,“ říká Riesbeck. „Jinak hrozí další šíření těchto rezistentních bakterií, a to je nebezpečí pro celý evropský region.“