Sygdomsovervågning

Nyt og mere detaljeret verdenskort over antibiotikaresistens

Der er store geografiske forskelle i, både hvor hyppigt resistentgener forekommer og i hvilke bakterietyper, generne findes. Det viser analyser af spildevand fra hele kloden, som dermed understreger vigtigheden af at bekæmpe antibiotikaresistens ud fra data om lokale forhold.

Mand tager spildevandsprøve fra åbent kloaksystem — Indsamling af spildevandsprøve i Tamale, Ghana - et af 101 lande, der har deltaget i en global overvågning af smitsomme sygdomme og antibiotikaresistens via spildevand. Foto: Courage Kosi Setsoafia Saba

torsdag 01 december 2022

Miriam Meister

Verden har under COVID-19 pandemien fået syn for værdien af at bruge spildevandsanalyser til at holde øje med sygdomsudviklingen i et område. På DTU Fødevareinstituttet har en gruppe forskere dog allerede siden 2016 brugt spildevandsovervågning fra hele verden som et effektivt og billigt værktøj til overvågning af smitsomme sygdomme og antibiotikaresistens.

Ved at analysere spildevandsprøver, som er skyllet ind til DTU fra 243 byer i 101 lande mellem 2016-2019, har forskerne nu kortlagt, dels hvor i verden forekomsten af resistensgener er højest, dels hvordan generne sidder og hvilke typer bakterier, der bærer rundt på generne.

Resultaterne fra det nye metagenomstudie, som netop er publiceret i Nature Communications, har overrasket forskerne. For generne er dukket op i mange forskellige genetiske sammenhænge og bakterietyper, hvilket indikerer større overførsel end forskerne havde forventet.

”Vi har fundet ens resistensgener i meget, meget forskellige bakterietyper. Det bekymrer os, når gener kan gå fra en helt overordnet gruppe bakterier til en helt anderledes gruppe, der slet ikke ligner. Det er sjældent, at der sker de her genoverførsler over så lange afstande. Det er lidt ligesom sex mellem meget forskellige dyr, der lykkes,” forklarer adjunkt Patrick Munk.

Så længe generne er i bakterier, der ikke sædvanligvis gør mennesker syge – som f.eks. mælkesyrebakterier – er det mindre bekymrende. Hvis resistensgenerne finder vej ind i bakterier, som har betydning for menneskers sundhed – som f.eks. salmonella – er det dog en helt anden historie.

”Det gør det langt mere sandsynligt, at bakterien rent faktisk kommer til at slå mennesker ihjel f.eks. på et hospital, fordi der ikke findes nogen behandling,” understreger Patrick Munk.

Om metoden

Som et indviklet puslespil

Forskningsgruppen for Genetisk Epidemiologi på DTU Fødevareinstituttet har udviklet og vedligeholder en af verdens mest omfattende resistensdatabaser. Den omfatter på nuværende tidspunkt 3134 kendte resistensgener. Den har forskerne brugt i det nye studie til at kortlægge resistensgener i spildevandsprøverne.

I prøverne findes et meget stort antal mikroorganismer, som blandt andet kommer fra menneskers afføring. De frosne spildevandsprøver er blevet sendt til DTU, hvor laboranter hiver alle bakterierne ud af de optøede prøver.

Bakterierne bliver derefter slået i stykker og deres kollektive DNA slås i mindre stykker, som state-of-the-art DNA-sekvenseringsudstyr kan læse på én gang.

De milliarder af læste DNA-sekvenser kan en supercomputer så sammenligne med kendte gener og bygge sammen til større stykker af de originale genomer, der var i prøverne. Denne proces giver bl.a. indsigt i, hvilke bakterier og genetiske nabolag resistensgenerne befinder sig i.

Hotspots for overførsel af resistensgener

Forskerne har forskellige steder i lande syd for Sahara fundet det samme resistensgen i en række forskellige bakterier.

”Det tolker vi som om, vi måske er ret tæt på et ’transmission hotspot’, hvor der sker en genoverførsel fra den ene til den anden til den tredje bakterie. Det er derfor, vi ser genet i så mange forskellige kontekster lige netop dér,” siger Patrick Munk

Han fortæller videre, at mange af de overraskende overførsler ser ud til at ske i landene syd for Sahara. Det er samtidig lande med de mindst udviklede programmer til overvågning af resistens og der findes derfor forsvindende få data om resistenssituationen.

”Vi risikerer at overse vigtige tendenser, fordi vi ikke har data,” foreslår han og understreger, at netop solide data gør det muligt at udarbejde effektive strategier til at bekæmpe resistens:

”Vi ved lige nu enormt meget om, hvordan resistens opfører sig i Vesten og vi planlægger ud fra den viden, hvordan vi bekæmper resistens. Nu viser det sig, at hvis vi går ud og kigger nogle nye steder, så kan resistensgenerne opføre sig meget anderledes – formentligt fordi de dér har mere gunstige forhold for at hoppe rundt. Derfor skal den måde, du bekæmper resistens på, også drejes og skræddersyes efter de lokale tilstande.”

Verdenskort der viser forekomsten af resistensgener i forskellige lande. — Verdenskortet viser forekomsten af resistensgener i forskellige lande. Jo mørkere en farve et land er farvelagt med, jo hyppigere er resistensgener i bakterier. Grå lande har ikke bidraget med spildevandsprøver.

Arvtager

Det globale spildevandsprojekt, som er støttet af Novo Nordisk Fonden og forskningsprojektet VEO, udløber i 2023. Forskerne vurderer, at det har vist sig at være et godt supplement til eksisterende overvågningsinitiativer, der hovedsageligt opererer i nationalt eller regionalt regi og måler resistens i bakterier fra syge mennesker.

De håber derfor, at en arvtager til projektet melder sig, så verden fortsætte kan drage nytte af den vigtige viden, som overvågningen genererer. Det gælder også lande, som har solide overvågningsprogrammer og bekæmpelsesstrategier på plads.

”Der er mange analogier til klimaforandringerne, hvor det, der sker på den anden side af kloden, ikke er ligegyldigt for dig. En eller anden dag kommer problemet og bider os bagi, som vi har set igen og igen,” understreger Patrick Munk.

Datadeling

Genbrugelige data

Rådata fra metagenomstudier kan i modsætning til data fra traditionelle analysemetoder genbruges til at belyse andre problematikker. Forskerne i spildevandsprojektet har f.eks. brugt deres datasæt til at analysere forekomsten af andre sygdomsfremkaldende mikroorganismer i spildevandet.

Hele datasættet fra spildevandsovervågningen er gjort frit tilgængeligt for forskere fra hele verden. Det er allerede brugt til f.eks. at opdage mange nye virusser globalt og til at afdække forskellige befolkningers etniske komposition.

Efterhånden som nye resistensgener bliver fundet selv langt ud i fremtiden, vil forskere kunne genbruge rådata til meget hurtigt at afdække, hvor de først er dukket op og hvordan de har spredt sig.

Forskning

Bag om studiet

I studiet har forskerne analyseret 757 spildevandsprøver fra 243 byer i 101 lande. Prøverne er indsamlet og sendt til DTU’s campus i Lyngby mellem 2016-2019.

Genomanalyse af spildevand er hurtigt og relativt billig i forhold til hvor mange mennesker man kan dække. Analyser af spildevand kræver ikke etisk godkendelse, da prøvematerialet ikke kan kædes sammen med enkeltpersoner.

Læs mere om resultaterne af studiet i en artikel i Nature Communications: Genomic analysis of sewage from 101 countries reveals global landscape of antimicrobial resistance.
Arbejdet er gennemført med funding fra Novo Nordisk Fonden og forskningsprojektet VEO.

Kontakt

Patrick Munk Adjunkt Telefon: 35887109 pmun@food.dtu.dk

Frank Møller Aarestrup Professor, forskningsgruppeleder Telefon: 35886281 Mobil: 51157481 fmaa@food.dtu.dk