Kathryn E. Arnold

Departamentul de mediu, Facultatea de Științe, Universitatea York, Heslington, York YO10 5NG, Marea Britanie

Nicola J. Williams

Departamentul de Epidemiologie și Sănătatea Populației, Institutul de Infecție și Sănătate Globală, Campus Leahurst, Universitatea din Liverpool, Neston CH64 7TE, Marea Britanie

Școala de Medicină și Științe Veterinare, Universitatea din Nottingham, Campus Sutton Bonington, Sutton Bonington, Leicestershire LE12 5RD, Marea Britanie

Kathryn E. Arnold

Departamentul de mediu, Facultatea de Științe, Universitatea York, Heslington, York YO10 5NG, Marea Britanie

Nicola J. Williams

Departamentul de Epidemiologie și Sănătatea Populației, Institutul de Infecție și Sănătate Globală, Campus Leahurst, Universitatea din Liverpool, Neston CH64 7TE, Marea Britanie

Școala de Medicină și Științe Veterinare, Universitatea din Nottingham, Campus Sutton Bonington, Sutton Bonington, Leicestershire LE12 5RD, Marea Britanie

Abstract

1. Introducere

O populație umană în creștere și fragmentarea crescândă a habitatelor naturale forțează inevitabil viața sălbatică să aibă un contact mai mare, atât direct, cât și indirect, cu oamenii și animalele lor, sporind astfel oportunitățile de transmitere a infecției între și în interiorul populațiilor [1]. În timp ce s-au făcut unele progrese în înțelegerea epidemiologiei infecțiilor cu mai multe gazde care implică animale sălbatice [2], s-a acordat mai puțină atenție rolului animalelor sălbatice în ecologia și evoluția rezistenței antimicrobiene (RAM) [3,4]. Deși RAM este considerată una dintre cele mai mari provocări pentru securitatea sănătății globale [5], până în prezent, majoritatea cercetărilor AMR s-au bazat pe medii clinice [6]. Se cunosc relativ puține lucruri despre fluxul și soarta RAM în mediul natural [7], în special la speciile foarte mobile care ar putea acționa ca dispersori AMR eficienți [3,4] (figura 1). În această revizuire, discutăm rolul posibil al faunei sălbatice în diseminarea RAM, în special modul în care viața sălbatică ar putea dobândi și transporta RAM și potențialul ca aceștia să transmită RAM oamenilor și animalelor.

rolul

Figura 1. Dispersarea RAM în peisaj: între comunitățile umane, spitale, stații de epurare, ferme și mediul înconjurător, inclusiv prin viața sălbatică (adaptat din [6]). (Versiune online color.)

2. Rezistența antimicrobiană

Ecologia AMR este complicată de răspândirea orizontală a genelor care codifică AMR prin comunități de diferite specii și chiar genuri de bacterii, prin intermediul elementelor genetice mobile, cum ar fi plasmidele (molecule de ADN extra-cromozomiale). Aceste elemente genetice mobile codifică adesea gene multiple, oferind rezistență la antimicrobieni și, într-adevăr, la alți factori de stres chimici ai mediului, inclusiv metale și dezinfectanți. În consecință, expunerea la un antimicrobian (sau alt factor de stres) poate fi selectată pentru toate genele codificate și astfel apariția rapidă a rezistenței la mai multe medicamente [6]. Astfel, viața sălbatică și alte bacterii din mediul înconjurător care nu s-au descoperit niciodată că infectează oamenii pot, prin transfer orizontal de gene, să schimbe mecanisme de rezistență cu agenți patogeni umani [11,12] (dar vezi [13]).

3. Surse potențiale de rezistență antimicrobiană în mediul înconjurător față de viața sălbatică

După selectarea rezistenței la indivizi (oameni sau animale domestice) tratați cu antimicrobiene [10], atât bacteriile rezistente, cât și antimicrobienele sunt excretate ulterior de pacient (figura 1). Acestea pot fi dispersate în mediul înconjurător, de exemplu în efluentul de canalizare pompat în râuri [14] și răspândirea nămolului de canalizare ca îngrășământ sau în fecalele animalelor tratate și ale animalelor de companie [15,16] (figura 2). Efluenții și scurgerile din câmpuri vor ajunge deseori să curgă în mare, ducând la estuare, ape de coastă și plaje poluate de materii fecale [14] (figura 1). Acesta ar putea fi un punct critic de contact în care oamenii și animalele marine, precum și limuzinele și păsările marine, sunt expuse la RAM [19]. Industria acvaculturii în expansiune rapidă este o altă sursă de RAM și antimicrobiene pentru mediu: peștele și fructele de mare crescute în unele țări în care utilizarea antimicrobianelor este ridicată și slab reglementată sunt în special susceptibile de a transporta agenți patogeni rezistenți din punct de vedere medical [4,20].

Figura 2. Rezistența antimicrobiană la animale sălbatice la fermele de lapte din Cheshire, Marea Britanie. Modelele de rezistență ale Escherichia coli din fecale de bovine, rozătoare (în principal Myodes glaroelus și Apodemus sylvaticus), păsările sălbatice (în principal paserine) și alte mamifere sălbatice (în principal bursuc și vulpi) au fost comparate. (A) Procentul de probe fecale care conțin E coli rezistent la cel puțin un antibiotic la șase ferme diferite (i - vi). (b) Procentul de E coli izolat din fiecare grup de animale rezistente la diferite antibiotice sau multi-rezistente la medicamente. S-a testat rezistența la următoarele antibiotice: ampicilină (amp), cloramfenicol (chl), tetraciclină (tet), trimetoprim (trm) și acid nalidixic (nal) și, de asemenea, MDR (rezistență la mai multe medicamente definită ca rezistență la trei sau mai multe dintre antibiotice testate). Toate testele de susceptibilitate au fost efectuate în conformitate cu orientările Societății Britanice de Chimioterapie Antimicrobiană [17]. Consultați materialul suplimentar electronic pentru detalii despre metode. Figura adaptată din [18]. (Versiune online color.)

Evoluția RAM nu se oprește neapărat în tractul gastro-intestinal al animalelor (inclusiv ale oamenilor) supuse tratamentului; multe antimicrobiene pot fi excretate într-o formă activă și persistă în mediu [21]. Astfel, expunerea continuă la medicamente antimicrobiene, de exemplu în canalizare, ar putea menține avantajul selectiv al RAM și ar promova proliferarea factorilor determinanți de rezistență și a bacteriilor rezistente în mediu. Există un risc suplimentar din locurile foarte contaminate cu excremente, cum ar fi fermele intensive și stațiile de epurare. Locurile cu o abundență și o diversitate mare de bacterii oferă o densitate mare de gazde bacteriene și condiții excelente pentru transmiterea orizontală a genelor AMR de la bacteriile comensale sau de mediu la bacteriile patogene [22]. Este clar că, în special în zonele cu populație densă de oameni sau animale, există o multitudine de surse și amplificatoare de RAM. Dacă genele și bacteriile AMR sunt transportate în intestinul faunei sălbatice, împreună cu gestionarea inadecvată a deșeurilor și mișcările pe termen lung ale animalelor, există potențialul faunei sălbatice de a transporta gene AMR noi și emergente în întreaga lume [14] (figura 1).

4. Modele de infecție cu rezistență antimicrobiană la animale sălbatice

Odată cu creșterea presiunii din cauza expansiunii populațiilor umane, animalele sălbatice sunt din ce în ce mai forțate să caute resurse contaminate de „poluarea patogenilor” umani [2,14]. Așadar, nu este surprinzător faptul că RAM a fost adesea descrisă în viața sălbatică peri-domestică [11]. RAM a fost detectată, în special în rândul bacteriilor intestinale comensale, la mamifere sălbatice, păsări, reptile și pești, prevalența și tiparele de rezistență variind în funcție de specii, locații și posibil timp (de exemplu [3,20,23-27]). Datele actuale despre RAM în viața sălbatică constau în mare parte dintr-o serie de „fotografii instantanee” care demonstrează prezența rezistențelor (toate genele de rezistență la antibiotice găsite în microbi [13]) la animalele respective, dar puțin altceva. Cu toate acestea, puținele studii care identifică surse potențiale de RAM și care pot face comparații între site-uri diferite în ceea ce privește contaminarea oferă informații despre potențialul faunei sălbatice de a disemina AMR relevant din punct de vedere clinic.

Tabelul 1. Rezistent la antimicrobiene Escherichia coli în materiile fecale ale rozătoarelor sălbatice colectate în locuri din Marea Britanie, variind în ceea ce privește expunerea prezisă la animalele tratate cu medicamente antimicrobiene. A fost investigată rezistența la șase antibiotice (ampicilină (amp), apramicină (apr), cloramfenicol (chl), tetraciclină (tet), trimetoprim (trm) și acid nalidixic (nal)) [17]. (N.J.W. & M.B. 2011, date nepublicate; [32]). Consultați materialul suplimentar electronic pentru detalii suplimentare.

a Specii de rozătoare: vole de apă, Arvicola amfibie; camp de camp, Microtus agrestis; banca va, Myodes glareolus; șoricel de lemn, Apodemus sylvaticus; șoarecele casei, Mușchiul mus.

b Apele de pe aceste insule sunt mai degrabă fosoriale decât riverane ca pe continent.

c Capturat în și în jurul clădirilor care adăpostesc păsări de curte.

Așadar, în timp ce majoritatea studiilor pe animale sălbatice au presupus că RAM în viața sălbatică este consecința unei revărsări a bacteriilor rezistente de la animale domestice sau de la oameni [33,34], există mai multe ipoteze alternative neexclusive care contestă această noțiune de transmisie recentă. De exemplu, după expunerea la deșeuri care conțin produse farmaceutice, bacteriile enterice prezente în viața sălbatică dezvoltă rezistență prin selectarea genelor AMR de mediu preexistente. Acestea ar putea deveni „naturalizate” în microbiota intestinală, dar și genele AMR (care au fost găsite în probe de mediu antice [13]) sunt și au fost întotdeauna o constatare normală în microbiota intestinală comensală. Mai mult, distincția dintre AMR dobândită recent din surse antropogene, cum ar fi o fermă sau stațiile de epurare, și AMR de fond „intrinsecă” (sau cel puțin „naturalizată”) va fi o provocare. Compararea similitudinii secvențelor de gene de rezistență colectate de la site-uri care diferă în legătură cu sursele de RAM dobândită (de exemplu, folosind abordări de rețea de similaritate a secvenței [12]) ar putea furniza dovezile necesare.

5. Studierea dispersiei rezistenței antimicrobiene de către animale sălbatice

Având în vedere numeroasele lacune de cunoștințe, va fi necesară o serie de instrumente și abordări pentru a identifica și a caracteriza căile de transmisie a RAM în viața sălbatică. La scară largă, identificarea trăsăturilor care predispun speciile de animale sălbatice sau grupurile funcționale la transmiterea AMR ar putea fi determinată prin integrarea seturilor de date ecologice, biologice și de istorie a vieții pentru gazdele vertebrate cu secvențe de metagenomi care încorporează determinanți de rezistență [12]. Deși aceasta este o abordare eficientă și informativă, o avertizare este că, prin extragerea acestor date, putem găsi doar determinanți de rezistență cunoscuți. Unele dovezi din studiile faunei sălbatice arată că genele responsabile de rezistența fenotipică nu sunt adesea detectabile folosind PCR (reacții în lanț de polimerază) care vizează gene comune ale AMR clinice. Acest lucru sugerează o diversitate mai mare de gene de rezistență (dintre care multe vor fi fost deja asociate cu alte funcții non-AMR) în mediu decât se găsesc în izolatele clinice (K.E.A., N.J.W. și M.B. 2011, date nepublicate).

La o scară mai fină, sunt necesare sisteme de studiu în care să existe căi de transmisie clare și măsurabile pentru RAM și să poată fi urmărită mișcarea faunei sălbatice. Descoperirea rezistenței la mai multe medicamente la speciile cu valoare de conservare ridicată pe insulele oceanice [25] și în eșantioane din puncte izolate, relativ neatinse de pe continente [27] oferă „experimente naturale” ideale pentru studierea tiparelor și proceselor din ecologie și evoluția RAM. Monitorizarea genelor AMR în astfel de ecosisteme curate (de exemplu, rezervații arctice sau naturale cu biosecuritate strânsă) sau la interfața lor cu zonele influențate de om ne permite să estimăm frecvența cu care genele care codifică rezistența sunt schimbate în comunitățile microbiene. Astfel de comunități microbiene pot exista în populațiile umane, animale domestice și animale sălbatice, precum și în mediul mai larg [27,37].

6. Consecințele rezistenței antimicrobiene pentru viața sălbatică

Consecințele asupra vieții sălbatice ale evoluției RAM în bacteriile comensale sau chiar patogene sunt netestate [37], dar probabil mici. Spre deosebire de gripa aviară [41], de exemplu, RAM nu este o boală și nu pare să reducă capacitatea de supraviețuire sau de dispersare a animalelor „infectate”, deși acest lucru nu a fost testat în mod explicit. Problema clinică cu RAM atât la populația umană, cât și la cea a animalelor nu este aceea că provoacă boli, ci că amenință capacitatea de a trata infecțiile cu antimicrobiene, o practică rară la populațiile cu viață sălbatică. RAM ar putea compromite tratamentul animalelor sălbatice individuale în captivitate, de ex. în spitale de animale sălbatice sau în populații foarte gestionate, în special cele imunocompromise din cauza diversității genetice scăzute (de exemplu [42]). Acest lucru ar putea fi agravat de măsurile de gestionare a conservării, cum ar fi translocarea speciilor rare, care ar putea accelera răspândirea de noi microbi sau gene antimicrobiene între populațiile izolate [43].

Cea mai mare problemă pentru populațiile faunei sălbatice este răspunsul de gestionare în cazul în care se crede că acestea sunt surse semnificative de RAM pentru oameni sau animale (a se vedea și tabelul 2) Controlul infecțiilor faunei sălbatice transmisibile oamenilor și animalelor se bazează pe trei abordări principale - separarea sau cel puțin reducerea contactului cu sursa faunei sălbatice, vaccinarea și controlul populației faunei sălbatice, adesea prin sacrificare. Vaccinarea nu este posibilă pentru controlul RAM, iar separarea fizică a faunei sălbatice de animale este dificilă, costisitoare și, cu excepția cazurilor foarte locale (de exemplu, păstrarea rozătoarelor sau a păsărilor în afara depozitelor de furaje), imposibilă. Protejarea lanțului alimentar uman de AMR este importantă, dar dificilă, dat fiind faptul că vânatul sălbatic, fructele de mare și carnea de tufiș sunt importante atât din punct de vedere nutrițional, cât și cultural în multe societăți umane [4]. Mai mult, măsurile de control și atenuare, cum ar fi igiena îmbunătățită și restricționarea mișcărilor, nu pot fi puse în aplicare cu ușurință, dacă este deloc, pentru animalele care trăiesc liber. Din motive logistice, economice, istorice și culturale, sacrificarea este adesea abordarea luată: totuși, eficacitatea și eficiența sacrificării animalelor sălbatice în combaterea bolii sunt cel mai bine controversate.

Tabelul 2. Rezumatul unora dintre principalele întrebări restante, măsuri de atenuare și abordări de cercetare cu privire la rolul faunei sălbatice în transmiterea RAM pe baza literaturii revizuite. Abordările de cercetare sugerate se bazează pe diverse discipline, inclusiv ecologie, științe veterinare și științe sociale.

7. Cercetare și priorități politice

Viața sălbatică se varsă în mod clar și, prin urmare, este capabilă să disemineze RAM [2,4]. Cu toate acestea, puține studii au identificat factorii de selecție probabili (inclusiv, dar nu neapărat limitat la, surse de expunere la antimicrobiene), originile genelor de rezistență sau, mai important, direcția de transmitere. Studierea transmiterii infecțiilor la animale sălbatice pune o serie de provocări, în special pentru o problemă complexă, cum ar fi RAM, care este prezentă în și poate trece între mai mulți taxoni bacterieni în mai multe gazde și mediul înconjurător. Abordările folosite pentru a studia și controla transmiterea RAM în contextul clinic sunt dificile de aplicat sistemelor sălbatice. Contactul dintre animale sălbatice și sursele de RAM și/sau antimicrobiene adesea nu poate fi măsurat direct, dar trebuie dedus, de exemplu din „amprentele digitale” moleculare de contaminare specifică. Acest lucru poate fi completat cu observații comportamentale și dispozitive electronice de urmărire montate animalelor sălbatice.

Intervențiile care reduc și reduc atenuarea transmiterii RAM de la animale sau populații umane la animale sălbatice necesită cercetări alături de investigarea riscului în sine, pentru a dezvolta atât protocoale și politici bazate pe dovezi, cât și proporționale (Tabelul 2). Controlul poluării și tratarea apelor reziduale sunt probabil domenii prioritare pentru astfel de cercetări, în special în țările cu puține controale asupra utilizării antibioticelor sau a eliberării deșeurilor netratate (care include atât țările dezvoltate, cât și țările în curs de dezvoltare). Între timp, ecologiștii care studiază populațiile sălbatice, împreună cu spitalele sălbatice și programele existente concepute pentru a monitoriza poluarea, otrăvirea și bolile în viața sălbatică (de exemplu, WILDCOMS [44]), ar putea fi recrutați pentru a colecta probe pentru supraveghere. Această ultimă abordare ar putea fi deosebit de utilă în identificarea speciilor, a indivizilor cheie din cadrul populațiilor sau locațiilor spațiale care sunt „super-răspânditori” ai transmiterii RAM și ar putea fi vizați pentru măsuri de supraveghere, control sau atenuare focalizate [40].

Este important să se studieze RAM în viața sălbatică ca potențial pericol pentru sănătatea umană și securitatea alimentară, mai ales având în vedere că aproximativ 40% dintre bolile umane emergente se consideră că provin din viața sălbatică [1]. Ecosistemele tropicale și zonele în care oamenii trăiesc aproape atât de animale, cât și de animale sălbatice sunt susceptibile de a prezenta riscuri crescute, dar până în prezent slab studiate, pentru evoluția și transmiterea RAM pentru animale sălbatice (tabelul 2). În plus, studiile privind RAM în viața sălbatică pot avea un impact mai larg decât pur și simplu riscul pentru sănătatea publică. În primul rând, ieșind din „jocul de vină” al animalelor, al sistemelor veterinare și medicale, acestea pot elucida probleme fundamentale în evoluția și transmiterea ecologiei bacteriilor rezistente la antimicrobiene și a factorilor determinanți de rezistență care pot fi aplicați înapoi în medii mai clinice. În al doilea rând, o mai bună înțelegere a rolului faunei sălbatice în diseminarea RAM ar trebui să ne ajute să decidem dacă sunt necesare strategii de control și atenuare și unde să le aplicăm cel mai bine. În cele din urmă, în timp ce viața sălbatică ar putea fi dispersoare de distanță lungă a RAM, ele pot fi, de asemenea, santinele pentru abundența și distribuția poluării cu agenți patogeni în mediul nostru.

Etică

Toate lucrările efectuate au fost conforme cu cerințele legale ale țării în care s-au desfășurat lucrările și cu toate orientările instituționale.

Contribuțiile autorilor

Toți autorii au contribuit la scrierea acestei recenzii și au dat aprobarea finală pentru publicare.