Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Metagenomics đô thị phát hiện các bể chứa kháng sinh trong nước bãi biển và nước thải ven biển
Tóm tắt
Các cộng đồng vi sinh vật có mặt trong nước môi trường tạo thành một bể chứa các tác nhân gây bệnh kháng kháng sinh ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Vì lý do này, một loạt các môi trường nước đa dạng đang được phân tích bằng công nghệ metagenomics để phát hiện các mối đe dọa đối với sức khỏe cộng đồng. Tuy nhiên, thành phần của những cộng đồng này dọc theo môi trường ven biển của cả một thành phố, nơi nước thải và nước biển được hòa trộn, vẫn chưa được hiểu rõ. Chúng tôi đã thực hiện giải trình tự shotgun 20 khu vực ven biển từ thành phố Montevideo (thủ đô của Uruguay), bao gồm các mẫu nước biển và nước thải để phân tích các cộng đồng vi khuẩn cũng như các khả năng gây bệnh và khả năng kháng thuốc kháng sinh của chúng. Như mong đợi, chúng tôi phát hiện rằng môi trường nước thải và nước biển có các cộng đồng vi khuẩn khác biệt nhau một cách đáng kể. Dữ liệu cơ bản này cho phép chúng tôi phát hiện tỷ lệ xuất hiện cao hơn và một danh mục đa dạng hơn của các gen gây bệnh và kháng kháng sinh trong các mẫu nước thải. Nhiều gen này có nguồn gốc từ các enterobacteria đã được biết đến và đại diện cho các carbapenemases và các betalactamases phổ rộng được báo cáo trong các ca nhiễm bệnh tại bệnh viện ở Montevideo. Thêm vào đó, chúng tôi đã có thể phân loại gen sự hiện diện của cả các dòng bệnh lý phổ biến toàn cầu và các vi khuẩn kháng kháng sinh mới nổi trong nước thải. Nghiên cứu của chúng tôi là nghiên cứu đầu tiên sử dụng metagenomics để phân tích đồng thời bãi biển và hệ thống nước thải từ một thành phố toàn diện, cho phép chúng tôi phân loại các tác nhân gây bệnh kháng kháng sinh hiện đang lưu thông trong nước đô thị. Dữ liệu được tạo ra trong nghiên cứu ban đầu này đại diện cho một khám phá metagenomic cơ bản để hướng dẫn các nghiên cứu theo dõi trong tương lai (theo thời gian), việc thực hiện có hệ thống sẽ cung cấp thông tin dịch tễ học hữu ích để cải thiện giám sát sức khỏe cộng đồng.
Từ khóa
#metagenomics #nước môi trường #vi sinh vật #kháng kháng sinh #sức khỏe cộng đồng #nước thải #Montevideo #UruguayTài liệu tham khảo
Robinson TP, Bu DP, Carrique-Mas J, Fèvre EM, Gilbert M, Grace D, et al. Antibiotic resistance is the quintessential One Health issue. Trans R Soc Trop Med Hyg. 2016;110:377–80.
Amos GCA, Zhang L, Hawkey PM, Gaze WH, Wellington EM. Functional metagenomic analysis reveals rivers are a reservoir for diverse antibiotic resistance genes. Vet Microbiol. 2014;171:441–7.
Murray A, Zhang L, Yin X, Zhang T, Buckling A, Snape J, et al. Novel insights into selection for antibiotic resistance in complex microbial communities. bioRxiv. 2018:323634. https://mbio.asm.org/content/9/4/e00969-18.
Thompson LR, Sanders JG, McDonald D, Amir A, Ladau J, Locey KJ, et al. A communal catalogue reveals earth’s multiscale microbial diversity. Nature. 2017;551:457–63.
The MetaSUB International Consortium. The Metagenomics and Metadesign of the Subways and Urban Biomes (MetaSUB) International Consortium inaugural meeting report. Microbiome. 2016;4:24.
Afshinnekoo E, Meydan C, Chowdhury S, Jaroudi D, Boyer C, Bernstein N, et al. Geospatial resolution of human and bacterial diversity with city-scale metagenomics. Cell Syst. 2015;1:72–87.
Hervé V, Leroy B, Pires ADS, Lopez PJ. Aquatic urban ecology at the scale of a capital: community structure and interactions in street gutters. ISME J. 2018;12:253–66.
Amos GCA, Ploumakis S, Zhang L, Hawkey PM, Gaze WH, Wellington EMH. The widespread dissemination of integrons throughout bacterial communities in a riverine system. ISME J. 2018;12:681–91.
Mohiuddin MM, Salama Y, Schellhorn HE, Golding GB. Shotgun metagenomic sequencing reveals freshwater beach sands as reservoir of bacterial pathogens. Water Res. 2017;115:360–9.
Newton RJ, McLellan SL, Dila DK, Vineis JH, Morrison HG, Eren AM, et al. Sewage reflects the microbiomes of human populations. mBio. 2015;6:e02574–14.
Iraola G, Kumar N. Surveying what’s flushed away. Nat Rev Microbiol. 2018;1:456.
Solo-Gabriele HM, Harwood VJ, Kay D, Fujioka RS, Sadowsky MJ, Whitman RL, et al. Beach sand and the potential for infectious disease transmission: observations and recommendations. J Mar Biol Assoc UK. 2016;96:101–20.
Benoit G, Peterlongo P, Mariadassou M, Drezen E, Schbath S, Lavenier D, et al. Multiple comparative metagenomics using multiset k-mer counting. PeerJ Comput Sci. 2016;2:e94.
Truong DT, Franzosa EA, Tickle TL, Scholz M, Weingart G, Pasolli E, et al. MetaPhlAn2 for enhanced metagenomic taxonomic profiling. Nat Methods. 2015;12:902.
Jia B, Raphenya AR, Alcock B, Waglechner N, Guo P, Tsang KK, et al. CARD 2017: expansion and model-centric curation of the comprehensive antibiotic resistance database. Nucleic Acids Res. 2017;45:D566–73.
Chen L, Xiong Z, Sun L, Yang J, Jin Q. VFDB 2012 update: toward the genetic diversity and molecular evolution of bacterial virulence factors. Nucleic Acids Res. 2012;40:D641–5.
Segata N, Izard J, Waldron L, Gevers D, Miropolsky L, Garrett WS, et al. Metagenomic biomarker discovery and explanation. Genome Biol. 2011;12:R60.
Maiden MCJ, Bygraves JA, Feil E, Morelli G, Russell JE, Urwin R, et al. Multilocus sequence typing: a portable approach to the identification of clones within populations of pathogenic microorganisms. Proc Natl Acad Sci U S A. 1998;95:3140–5.
Zolfo M, Tett A, Jousson O, Donati C, Segata N. MetaMLST: multi-locus strain-level bacterial typing from metagenomic samples. Nucleic Acids Res. 2017;45:e7.
Liu L, Lan R, Liu L, Wang Y, Zhang Y, Wang Y, et al. Antimicrobial resistance and cytotoxicity of Citrobacter spp. in Maanshan Anhui province, China. Front Microbiol. 2017;8:1357.
Petty NK, Zakour NLB, Stanton-Cook M, Skippington E, Totsika M, Forde BM, et al. Global dissemination of a multidrug resistant Escherichia coli clone. Proc Natl Acad Sci U S A. 2014;111:5694–9.
Figueras MJ, Levican A, Pujol I, Ballester F, Quilez MR, Gómez-Bertomeu F. A severe case of persistent diarrhoea associated with Arcobacter cryaerophilus but attributed to Campylobacter sp. and a review of the clinical incidence of Arcobacter spp. New Microbes New Infect. 2014;2:31–7.
Gershman MD, Kennedy DJ, Noble-Wang J, Kim C, Gullion J, Kacica M, et al. Multistate outbreak of Pseudomonas fluorescens bloodstream infection after exposure to contaminated heparinized saline flush prepared by a compounding pharmacy. Clin Infect Dis. 2008;47:1372–9.
Jelic A, Rodriguez-Mozaz S, Barceló D, Gutierrez O. Impact of in-sewer transformation on 43 pharmaceuticals in a pressurized sewer under anaerobic conditions. Water Res. 2015;68:98–108.
Auguet O, Pijuan M, Borrego CM, Rodriguez-Mozaz S, Triadó-Margarit X, Giustina SVD, et al. Sewers as potential reservoirs of antibiotic resistance. Sci Total Environ. 2017;605:1047–54.
Baquero F, Martínez J-L, Cantón R. Antibiotics and antibiotic resistance in water environments. Curr Opin Biotechnol. 2008;19:260–5.
Vignoli R, Cordeiro NF, García V, Mota MI, Betancor L, Power P, et al. New TEM-derived extended-spectrum β-lactamase and its genomic context in plasmids from Salmonella enterica serovar derby isolates from Uruguay. Antimicrob Agents Chemother. 2006;50:781–4.
Vignoli R, Varela G, Mota MI, Cordeiro NF, Power P, Ingold E, et al. Enteropathogenic Escherichia coli strains carrying genes encoding the PER-2 and TEM-116 extended-spectrum β-lactamases isolated from children with diarrhea in Uruguay. J Clin Microbiol. 2005;43:2940–3.
García-Fulgueiras V, Bado I, Mota MI, Robino L, Cordeiro NF, Varela A, et al. Extended-spectrum β-lactamases and plasmid-mediated quinolone resistance in enterobacterial clinical isolates in the paediatric hospital of Uruguay. J Antimicrob Chemother. 2011;66:1725–9.
Medina-Presentado JC, Seija V, Vignoli R, Pontet J, Robino L, Cordeiro NF, et al. Polyclonal endemicity of Acinetobacter baumannii in ventilated patients in an intensive care unit in Uruguay. Int J Infect Dis. 2013;17:e422–7.
Ingold AJ, Castro M, Nabón A, Borthagaray G, Márquez C. VIM-2 metallo-ß-lactamase gen detection in a class 1 integron associated to bla(CTX-M-2) in a Pseudomonas aeruginosa clinical isolate in Uruguay: first communication. Rev Argent Microbiol. 2011;43:198–202.
Bado I, Papa-Ezdra R, Cordeiro N, Outeda M, Caiata L, García-Fulgueiras V, et al. Detection of qnrVC6, within a new genetic context, in an NDM-1-producing Citrobacter freundii clinical isolate from Uruguay. J Glob Antimicrob Resist. 2018;14:95–8.
Seija V, Medina Presentado JC, Bado I, Papa Ezdra R, Batista N, Gutierrez C, et al. Sepsis caused by New Delhi metallo-β-lactamase (blaNDM-1) and qnrD-producing Morganella morganii, treated successfully with fosfomycin and meropenem: case report and literature review. Int J Infect Dis. 2015;30:20–6.
Vignoli R, Cordeiro N, Seija V, Schelotto F, Radice M, Ayala J, et al. Genetic environment of CTX-M-2 in Klebsiella pneumoniae isolates from hospitalized patients in Uruguay. Rev Argent Microbiol. 2006;38:84–8.
Hall AR, Angst DC, Schiessl KT, Ackermann M. Costs of antibiotic resistance–separating trait effects and selective effects. Evol Appl. 2015;8:261–72.
Mazel D. Integrons: agents of bacterial evolution. Nat Rev Microbiol. 2006;4:608–20.
López E, Blázquez J. Effect of subinhibitory concentrations of antibiotics on intrachromosomal homologous recombination in Escherichia coli. Antimicrob Agents Chemother. 2009;53:3411–5.
Ferreira S, Oleastro M, Domingues F. Arcobacter spp. in food chain—from culture to omics. In: Foodborne pathogens and antibiotic resistance. New Jersey: Wiley-Blackwell; 2017. p. 73–117.
Antelo V, Salazar C, Martínez A, D’Alessandro B, Castro M, Betancor L, et al. First release of the Bacterial Biobank of the Urban Environment (BBUE). Microbiol Res Announc. 2018;7:e01201–18.
Bolger AM, Lohse M, Usadel B. Trimmomatic: a flexible trimmer for Illumina sequence data. Bioinformatics. 2014;30:2114–20.
Oksanen J. Vegan: R functions for vegetation ecologists. 2005. Available from: https://cran.r-project.org/web/packages/vegan/index.html.
R Development Core Team. R: a language and environment for statistical computing. Vienna: R Foundation for Statitical Computing; 2008. Available from: http://www.R-project.org.
Li D, Liu C-M, Luo R, Sadakane K, Lam T-W. MEGAHIT: an ultra-fast single-node solution for large and complex metagenomics assembly via succinct de Bruijn graph. Bioinformatics. 2015;31:1674–6.
Fu L, Niu B, Zhu Z, Wu S, Li W. CD-HIT: accelerated for clustering the next-generation sequencing data. Bioinformatics. 2012;28:3150–2.
Treangen TJ, Sommer DD, Angly FE, Koren S, Pop M. Next generation sequence assembly with AMOS. Curr Protoc Bioinformatics. 2011;33:11.8.1‐11.8.18.
Hyatt D, Chen GL, LoCascio PF, Land ML, Larimer FW, Hauser LJ. Prodigal: prokaryotic gene recognition and translation initiation site identification. BMC Bioinformatics. 2010;11:119.
Camacho C, Coulouris G, Avagyan V, Ma N, Papadopoulos J, Bealer K, et al. BLAST+: architecture and applications. BMC Bioinformatics. 2009;10:421.
Wattam AR, Abraham D, Dalay O, Disz TL, Driscoll T, Gabbard JL, et al. PATRIC, the bacterial bioinformatics database and analysis resource. Nucleic Acids Res. 2009;42:D581–91.
Cury J, Jové T, Touchon M, Néron B, Rocha EP. Identification and analysis of integrons and cassette arrays in bacterial genomes. Nucleic Acids Res. 2016;44:4539–50.
Katoh K, Standley DM. MAFFT multiple sequence alignment software version 7: improvements in performance and usability. Mol Biol Evol. 2013;30:772–80.
Stamatakis A. RAxML version 8: a tool for phylogenetic analysis and post-analysis of large phylogenies. Bioinformatics. 2014;30:1312–3.