Представьте, что вы берете пробу воды в ближайшем пруду, где плавают утки. Скорее всего, в этой воде есть гены, делающие бактерии неуязвимыми для сильнейших антибиотиков. Первое в Великобритании исследование, отслеживающее устойчивость к противомикробным препаратам и вирусы гриппа в водоемах, показало тревожные результаты. Ученые из Бангорского университета в течение 2023-24 годов изучали водоемы Англии и Уэльса, популярные у людей и птиц, особенно перелетных. Их цель — найти устойчивые и неинвазивные способы отслеживания угроз, которые могут передаваться от животных к человеку.

Проблема устойчивости к антибиотикам и зоонозных болезней — это растущая глобальная угроза для здоровья людей и животных. Обычный надзор строится на анализе больных или погибших животных, что требует много ресурсов и часто запаздывает. Команда решила опередить события, взяв пробы воды из окружающей среды вместо отлова животных. Они еженедельно брали пробы на 19 участках — как в полях, так и на побережье — в течение 10 недель, а на четырех точках сбор шел дольше.

Для анализа использовали высокопроизводительный количественный ПЦР (HT-qPCR), чтобы найти 74 гена устойчивости к антибиотикам (AMR), мобильные генетические элементы и маркеры бактерий. Вирусы гриппа искали с помощью RT-qPCR, а также пытались определить их подтипы.

Высокопроизводительный количественный ПЦР (HT-qPCR) — это усовершенствованный метод лабораторной диагностики, который позволяет одновременно и с высокой точностью искать и «подсчитывать» присутствие десятков или даже сотен конкретных фрагментов генетического материала (ДНК или РНК) в одном образце. Представьте, что у вас есть стакан мутной воды из пруда, в которой могут быть обрывки генов тысяч разных микроорганизмов. HT-qPCR — это как очень быстрый и умный сканер, который за один раз проверяет эту воду не на один конкретный ген (например, только на колистин-резистентность), а сразу на целый „букет“ из 74 различных генов устойчивости к антибиотикам, вирусных генов и других маркеров. При этом он не просто говорит „есть/нет“, а оценивает количество найденных копий, что помогает понять масштаб явления. Именно эта технология сделала возможным масштабный экологический мониторинг, описанный в статье.

Чтобы понять происхождение микробного загрязнения, ученые использовали молекулярные маркеры:

• CrAssphage — бактериофаг, специфичный для человеческого кишечника, поэтому его гены служат маркером человеческих фекалий.
• Catellicoccus marimammalium — бактерия, обитающая в кишечнике многих диких птиц (чайки, голуби) и морских млекопитающих, идеальный маркер «птичьего» загрязнения у побережья.

Анализ показал, что в воде чаще встречаются птичьи маркеры, чем человеческие.

Подробности опубликованы в издании Sustainable Microbiology.

Гены устойчивости к антибиотикам оказались повсюду. Чаще всего встречался ген aadA7, который делает бактерии невосприимчивыми к аминогликозидам. В двух местах обнаружили повышенное количество генов мультиустойчивости, возможно, из-за дикой природы, а не людей.

Неожиданным стало высокое — в 92% проб — распространение гена mcr1, который обеспечивает устойчивость к колистину, антибиотику последней надежды, — говорит автор исследования, доктор Ката Фаркаш.

Также удивила частая находка ДНК бактерий Shigella spp. при отсутствии других распространенных бактерий вроде E. coli. Это может говорить о пределах чувствительности метода.

Вирус гриппа А нашли в 3.4% проб, но определить его подтипы (например, H5N1) не удалось, вероятно, из-за низкой концентрации. «РНК вируса гриппа обнаружили даже там, где вспышек не регистрировали, что может указывать на загрязнение из канализации», — отмечает Фаркаш.

Исследование доказало, что мониторинг eDNA/РНК в окружающей среде — это мощный инструмент для раннего обнаружения угроз. Он работает на принципах концепции «Единое здоровье», объединяя экологический, ветеринарный и медицинский надзор. Метод дешевле и масштабируемее, чем традиционное тестирование животных. Он также позволяет точнее определить источник фекального загрязнения — птицы это или люди, — что не умеет делать нынешний регламентированный мониторинг.

Дальнейшие шаги — расширить и продлить наблюдения, чтобы уловить сезонные и региональные тренды. Нужны более чувствительные методы для определения подтипов вируса гриппа в образцах с низкой концентрацией. Конечная цель — встроить экологический мониторинг в национальные системы эпиднадзора, чтобы лучше готовиться к будущим вспышкам болезней.

Реальная польза этой работы в ее превентивном и интегративном характере. Она предлагает перевести эпиднадзор из режима «тушения пожаров» (когда мы анализируем уже заболевших животных или людей) в режим постоянного „сканирования горизонта“. Вместо того чтобы ждать отчетов от ветеринаров или врачей, мы можем регулярно брать пробы воды в ключевых точках — городских прудах, местах скопления перелетных птиц, в сточных водах — и искать тревожные генетические сигналы.

Это как система раннего предупреждения. Мы сможем обнаружить появление опасного гена устойчивости (вроде того же mcr-1) или нового штамма гриппа не тогда, когда он уже вызвал вспышку на птицефабрике или проник в популяцию людей, а когда он только начал циркулировать в окружающей среде. Это даст драгоценное время на подготовку: усилить лабораторный контроль, предупредить медицинские и ветеринарные службы, проанализировать пути распространения. Кроме того, метод позволяет точно определить источник загрязнения — птицы, люди или сельскохозяйственные животные, — что критически важно для принятия правильных мер. В долгосрочной перспективе это может стать основой для создания «погоды» по биологическим угрозам.

Главный методологический вопрос заключается в интерпретации находки ДНК. Обнаружение гена устойчивости к антибиотику (например, mcr-1) или фрагмента ДНК патогена (Shigella spp.) в воде с помощью ПЦР не равнозначно обнаружению живой, активной и заразной бактерии или вируса. Это, скорее, генетический след. Мы не знаем, находятся ли эти гены в мертвых бактериях, в свободно плавающих обрывках ДНК или же в живых и потенциально опасных микроорганизмах. Таким образом, исследование отлично фиксирует «генетический шум» и указывает на потенциальный риск, но не может напрямую ответить на вопрос о непосредственной опасности для здоровья людей, которые, например, наглотались этой воды. Чтобы связать генетические сигналы с реальной угрозой, необходимы дополнительные исследования, включающие культивирование микроорганизмов из тех же проб и оценку их вирулентности. Пока же мы имеем мощный сигнал тревоги, но без точного понимания, насколько близок „пожар“.

Ранее ученые признали, что наука часто использует термин «устойчивость» не к месту.