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"Mio figlio non ha mai usato l'azitromicina, come mai è resistente?" All'inizio di agosto di quest'anno, presso il Centro servizi sanitari comunitari di Lianqian Street, distretto di Siming, città di Xiamen, provincia del Fujian, il genitore Li Hua ha espresso i suoi dubbi al medico. medico.

Negli ambulatori pediatrici, i genitori dei bambini fanno spesso questa domanda ai medici. In realtà, non solo i bambini, molte persone sono afflitte da questo problema.

La resistenza microbica ai farmaci, in particolare la resistenza batterica, è stata elencata dall’Organizzazione Mondiale della Sanità come uno dei problemi di salute pubblica che minacciano seriamente la sicurezza umana.L’aumento e la diffusione di batteri multiresistenti hanno reso i trattamenti standardizzati meno efficaci.

"L'ambiente è un serbatoio di geni resistenti ai farmaci e un importante mezzo per la diffusione della resistenza batterica ai farmaci", ha affermato Zhu Yongguan, accademico dell'Accademia cinese delle scienze e direttore dell'Istituto per l'ambiente urbano, dell'Accademia cinese delle scienze. un'intervista ai giornalisti,Le attività umane come l’abuso di antibiotici, l’allevamento intensivo e lo scarico delle acque reflue domestiche stanno esacerbando la diffusione e la diffusione di geni resistenti ai farmaci nell’ambiente, esponendo ulteriormente la popolazione all’inquinamento resistente ai farmaci.

Zhu Yongguan, accademico dell'Accademia cinese delle scienze e direttore dell'Istituto per l'ambiente urbano, dell'Accademia cinese delle scienze, conduce ricerche pertinenti in laboratorio. Fonte immagine: Istituto per l'ambiente urbano, Accademia cinese delle scienze

Per risolvere questo problema urgente, scienziati ed esperti di sanità pubblica sono attivamente alla ricerca di soluzioni ed è iniziata una "guerra senza fumo" nella comunità microbica.

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Perché i farmaci “falliscono”?

Gli antibiotici, un’arma fondamentale nella lotta contro le infezioni batteriche, hanno salvato centinaia di milioni di vite. Tuttavia, i medici di tutto il mondo si trovano ora ad affrontare un problema sempre più serio:I farmaci che una volta erano "curativi" stanno iniziando a perdere la loro efficacia contro alcuni batteri.

"Ad esempio, l'effetto terapeutico dei farmaci di prima linea macrolidici usati per trattare la polmonite da micoplasma, la pertosse e altre malattie sta diminuendo di anno in anno." Dopo più di dieci anni di osservazione clinica, Zhang Hao, un medico dello Shanghai Children's Medical Center , hanno riscontrato che un numero considerevole di bambini sono stati trattati con azitromicina. Successivamente l'effetto è diminuito, il decorso della malattia è stato prolungato e le lesioni nei polmoni hanno continuato a svilupparsi.

La causa principale di questa serie di problemi è la resistenza agli antibiotici.La resistenza agli antibiotici si riferisce alla capacità dei microrganismi di sviluppare resistenza a uno o più farmaci originariamente efficaci, cioè la sensibilità dei microrganismi ai farmaci è ridotta, con il risultato che dosi normali di antibiotici non sono in grado di esercitare il loro effetto battericida o addirittura sono completamente inefficaci .

Diagramma schematico della diffusione dei geni di resistenza agli antibiotici nell'ambiente.

"Se gli antibiotici vengono paragonati alle lance, i geni di resistenza dei batteri equivalgono a scudi che possono difendersi dagli attacchi degli antibiotici", ha affermato Shen Chunmei, vicedirettore tecnico del dipartimento di gestione delle infezioni ospedaliere del quinto ospedale popolare affiliato all'Università di Fudan,I batteri hanno una forte adattabilità all’ambiente e lo sviluppo della resistenza ai farmaci è il risultato della selezione naturale durante la loro evoluzione.L’abuso di farmaci antimicrobici nella società umana sta accelerando lo sviluppo della resistenza batterica, con il risultato che sempre meno antibiotici vengono utilizzati per la scelta clinica. Ciò non solo aumenta i costi medici, ma aumenta anche i rischi per la salute dei pazienti.

L’ultimo rapporto della China Bacterial Resistance Monitoring Network mostra che nella prima metà del 2023 il tasso di rilevamento di ceppi resistenti ai farmaci è in aumento. Tra questi, il tasso di rilevamento dell’Acinetobacter baumannii, elencato come “agente patogeno chiave” per la resistenza antimicrobica dall’Organizzazione Mondiale della Sanità, è salito al 78,6%-79,5%, un nuovo record. I dati rilevanti dell’Organizzazione Mondiale della Sanità mostrano che nel 2019 le infezioni da batteri resistenti ai farmaci hanno causato direttamente 1,27 milioni di morti e 5 milioni di morti indirette. Si prevede che entro il 2050 ci saranno circa 10 milioni di nuovi decessi diretti ogni anno; in linea con il bilancio delle vittime globale nel 2020. Circa lo stesso numero di persone soffre di cancro.

La Dott.ssa Margaret Chan, ex Direttore Generale dell’Organizzazione Mondiale della Sanità, una volta ha sottolineato:Poiché i batteri multiresistenti continuano ad aumentare e a diffondersi, anche le infezioni comuni possono diventare minacce mortali."Questo non è allarmismo. Quando gli esseri umani incontrano difficoltà per le quali non esiste una cura, anche una ferita banale o un'infezione respiratoria possono avere conseguenze fatali", ha detto.

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L'ambiente naturale diventa una “stazione di trasferimento” per la comunicazione

Negli ultimi anni, come risolvere il problema della resistenza ai farmaci è diventata una delle maggiori sfide che il campo medico deve affrontare. La ricerca pertinente si concentra sulle basi genetiche molecolari della resistenza ai farmaci e sui meccanismi di trasferimento, ecc., al fine di acquisire una comprensione più profonda di come i microrganismi o le cellule sviluppano resistenza e quindi sviluppare nuovi farmaci, combinazioni di farmaci, terapie e trattamenti alternativi per affrontare il problema. fallimento dei farmaci esistenti.

Vale la pena notarloLa resistenza può verificarsi anche se un individuo non ha mai usato antibiotici."Sono i batteri che sono resistenti, non il corpo umano." Zhang Hao ha inoltre spiegato che il principale elemento di resistenza ai farmaci è il microrganismo stesso. In altre parole, il corpo umano è solo l'ospite di nuovi batteri resistenti ai farmaci. Ciò significa che lo sviluppo della resistenza ai farmaci non è legato solo agli individui, ma è strettamente correlato anche ai gruppi umani e all’ambiente.

A livello individuale, l’uso inappropriato a lungo termine di antibiotici può portare a mutazioni genetiche nei batteri, portando alla resistenza ai farmaci. I ceppi resistenti si diffondono attraverso il contatto all’interno di una popolazione, mettendo l’intera popolazione a rischio di resistenza.Ciò che viene più facilmente trascurato è che i geni residui di resistenza ai farmaci nell’ambiente accelereranno la generazione e la diffusione di ceppi resistenti ai farmaci.

Nel 2002, mentre Zhu Yongguan stava rintracciando la contaminazione da arsenico nel terreno, scoprì accidentalmente che i geni di resistenza ai farmaci esistevano anche nelle feci animali presenti nel terreno. Negli allevamenti di suini e di polli, per consentire agli animali di crescere rapidamente ed evitare che contraggono malattie intestinali, al mangime vengono aggiunti rame, zinco, arsenico e antibiotici. Questi metalli pesanti e i geni di resistenza agli antibiotici verranno rilasciati nell'ambiente feci animali.

"I geni di resistenza sono informazioni genetiche e possono essere copiati."Zhu Yongguan è profondamente consapevole che, a differenza dell'inquinamento chimico studiato in passato, l'inquinamento biologico causato dalla resistenza batterica dovuta all'aggiunta di antibiotici potrebbe rappresentare un problema di inquinamento ambientale più grave. Ben presto, Zhu Yongguan spostò gradualmente il focus della sua ricerca dall'arsenico ai geni della resistenza ai farmaci. A quel tempo, la ricerca rilevante in questo campo era ancora vuota a livello internazionale.

"I geni di resistenza nell'ambiente sono gli stessi geni di resistenza ai farmaci in medicina. Sono una sequenza nucleotidica che codifica tratti di resistenza ai farmaci. Ma questi geni resistenti ai farmaci possono diffondersi tra 'uomo-animale-ambiente' e possono essere trasferiti a tra agenti patogeni batteri, i batteri patogeni formeranno fenotipi nuovi o multiresistenti, influenzando così l'efficacia degli antibiotici e la salute umana", ha affermato Su Jianqiang, membro del team di Zhu Yongguan e ricercatore presso l'Istituto per l'ambiente urbano, Accademia cinese delle scienze. .

Precedentemente,Sono state condotte numerose ricerche sui geni di resistenza ai farmaci in campo medico e nell'industria dell'allevamento animale.La ricerca condotta dal team di Zhu Yongguan si concentra principalmente sui geni resistenti ai farmaci nell'ambiente. La sua complessità si riflette nella persistenza, trasmissione e proliferazione dei geni resistenti ai farmaci nell'ambiente.

“In passato ci concentravamo principalmente sull’uso degli antibiotici in campo medico e nell’allevamento degli animali, ignorando il problema dei residui di antibiotici nell’ambiente.Infatti, tracce di antibiotici possono essere rilevate nei fiumi, nel suolo e persino nell'acqua potabile, e l'ambiente naturale è diventato una “stazione di transito” per la diffusione di geni resistenti ai farmaci. "Su Jianqiang ha affermato che l'ambiente gioca un ruolo che non può essere ignorato nel processo di resistenza batterica. Pertanto, la risoluzione del problema della resistenza ai farmaci non inizia solo con il trattamento clinico, ma espande anche la prospettiva all'ambiente per affrontare in modo completo questo problema .

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Rintracciare la fonte della contaminazione genetica resistente ai farmaci

Da dove provengono i geni resistenti ai farmaci presenti nell’ambiente? Come si diffondono e si diffondono?Rivelare i meccanismi di formazione e diffusione dei geni di resistenza ai farmaci nell'ambiente è fondamentale per controllare la diffusione della resistenza ai farmaci.

Per rispondere sistematicamente a questa domanda scientifica, dobbiamo prima comprendere il “contesto familiare” dei geni resistenti ai farmaci nell’ambiente. A tal fine, il team di Zhu Yongguan ha lanciato un’indagine di campionamento su larga scala in Cina. Il team ha raccolto 152 campioni di terreno da terreni coltivati ​​o foreste in 26 province del paese. Si è inoltre recato in 32 impianti di trattamento delle acque reflue in 17 città del paese per svolgere lavori di campionamento durante il periodo di punta del drenaggio urbano per scoprire la distribuzione dei rifiuti. geni resistenti ai farmaci nelle acque e nel suolo del mio paese.

I ricercatori hanno prelevato campioni all’aperto. Fonte immagine: Istituto per l'ambiente urbano, Accademia cinese delle scienze

Non è facile "scoprire" con precisione i geni resistenti ai farmaci da campioni di suolo e liquami. Zhu Yongguan ha introdotto,Innanzitutto, ci sono centinaia o addirittura migliaia di geni resistenti ai farmaci nell’ambiente e le comunità microbiche nel suolo e nell’acqua sono estremamente complesse. I geni resistenti ai farmaci esistono in vari microrganismi, il che rende estremamente difficile l’isolamento e l’identificazione. In secondo luogo, i metodi di rilevamento tradizionali non sono in grado di identificare con precisione i geni di resistenza agli antibiotici emergenti o a bassa concentrazione, il che limita la profondità e l’ampiezza della ricerca sui geni di resistenza.Allo stesso tempo, enormi quantità di dati richiedono potenti strumenti bioinformatici da elaborare per interpretare accuratamente i tipi, l’abbondanza e i potenziali modelli di diffusione dei geni resistenti ai farmaci.

Come individuare rapidamente numerosi geni resistenti ai farmaci in un gran numero di campioni ambientali è diventata una difficoltà tecnica per il team che svolge la ricerca. A tal fine, il team ha costruito una piattaforma di rilevamento quantitativa della reazione a catena della polimerasi (PCR) ad alto rendimento per i geni di resistenza ai farmaci. Questa piattaforma è in grado di rilevare quantitativamente più di 300 geni di resistenza ai farmaci in un'unica operazione, migliorando notevolmente le capacità di screening e analisi quantitativa dei geni di resistenza ai farmaci. Con l'aiuto della tecnologia PCR, questa piattaforma può copiare specifici frammenti di DNA in grandi quantità, rendendo l'analisi quantitativa più rapida e conveniente e soddisfacendo le esigenze della ricerca scientifica.

"Abbiamo scoperto che 128 geni di resistenza agli antibiotici erano presenti in oltre l'80% dei campioni."Introduzione di Zhu Yongguan.

La creazione della piattaforma di rilevamento ha consentito al team di Zhu Yongguan di fare rapidi progressi nelle indagini: in primo luogo, hanno trovato un'ovvia correlazione positiva tra le attività umane e i residui di antibiotici nell'ambiente;Nei terreni coltivati ​​fortemente disturbati dall’uomo, il numero e l’abbondanza di geni di resistenza agli antibiotici rilevati sono significativamente più elevati rispetto a quelli riscontrati nei terreni forestali.Allo stesso tempo, il numero di geni resistenti ai farmaci rilevati nelle aree densamente popolate delle regioni centrali e orientali è superiore a quello delle aree scarsamente popolate; in secondo luogo, è sostanzialmente bloccato che gli allevamenti intensivi e i sistemi di trattamento delle acque reflue siano i principali; fonti di geni resistenti ai farmaci nell’ambiente.

“Una pillola che buttiamo via con noncuranza, o i microrganismi resistenti escreti dopo che gli esseri umani o gli animali hanno assunto antibiotici, possono entrare nell’ambiente insieme ai rifiuti”.Zhu Yongguan ha spiegato che attraverso il sistema di circolazione microbica, i geni resistenti ai farmaci si espandono da fonti puntuali all’intero ecosistema, esponendo la popolazione all’inquinamento resistente ai farmaci.

In questa indagine della situazione,Per la prima volta, ricercatori scientifici hanno ottenuto 20 geni resistenti ai farmaci comunemente presenti nell'ambiente del mio paese.Ciò è fondamentale per comprendere le vie di trasmissione e i potenziali rischi dei geni resistenti ai farmaci.

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Il metodo “Biochar” blocca la diffusione della resistenza ai farmaci

Dopo aver individuato la fonte di contaminazione dei geni resistenti ai farmaci, il team ha inoltre scoperto che il riutilizzo dell'acqua depurata e il compostaggio porterebbero alla diffusione e all'arricchimento di alcuni geni resistenti ai farmaci nel suolo. Allo stesso tempo, lo scoprironoL’applicazione a lungo termine di fanghi e letame animale aumenterà la diversità e l’abbondanza dei geni di resistenza del suolo.

I fanghi dell'impianto di trattamento delle acque reflue devono essere trattati di conseguenza prima di poter essere applicati al terreno. Il compostaggio è il principale metodo di trattamento."Inizialmente pensavamo che il compostaggio ad alta temperatura potesse uccidere i batteri patogeni nei fanghi e ridurre i geni resistenti ai farmaci. Tuttavia, studiando i cambiamenti nei geni resistenti ai farmaci durante il processo di compostaggio dei fanghi, abbiamo scoperto che i geni resistenti ai farmaci aumentavano nelle fasi successive del compostaggio."Su Jianqiang ha detto: "Abbiamo quindi esplorato le possibili ragioni. Questo risultato ci ha spinto a prestare attenzione al problema dei geni resistenti ai farmaci nel compost organico".

Infatti, gli antibiotici e i geni di resistenza agli antibiotici emessi dalle attività umane condividono un mondo microbico con gli esseri umani, gli animali e l’ambiente e si diffondono attraverso cicli microbici.

“Il gruppo di ricerca ha raccolto campioni di insalata di verdure crude da diversi ristoranti.Si è scoperto che per ogni 300 grammi di verdura cruda consumata, le persone possono ingerire circa 109 copie di geni di resistenza agli antibiotici.。"Zhu Yongguan ha detto ai giornalisti che questo dimostra che le verdure annaffiate con fertilizzanti organici con geni di resistenza porteranno anche geni di resistenza. Questi geni verranno trasmessi al corpo umano attraverso la catena alimentare. Ha inoltre spiegato che la comunità microbica nell'ambiente è molto complessa , come 1 grammo Ci sono circa 1 miliardo di microrganismi nel suolo e tra loro avviene continuamente il trasferimento genico orizzontale. Questo processo provoca il trasferimento e la diffusione dei geni della resistenza agli antibiotici.

Per risolvere il problema della diffusione di geni resistenti ai farmaci causata dal compost organico, il team ha sviluppato in modo mirato un metodo di controllo dell'inquinamento del suolo "biochar", che utilizza alte temperature di 600°C e superiori per carbonizzare il letame suino o letame di pollo per rimuovere gli antibiotici in esso contenuti e la degradazione dei geni di resistenza ai farmaci.Questo lavoro originale può ridurre la contaminazione dei geni resistenti ai farmaci nel suolo trasformando i rifiuti animali in biochar prima che entrino nell’ambiente. Attualmente, il metodo di controllo dell'inquinamento del suolo "biochar" è uscito dal laboratorio ed è entrato nella linea di produzione, diventando un prodotto venduto in tutto il mondo.

Nel giugno di quest'anno, il progetto "Meccanismo di formazione e diffusione dei geni resistenti nell'ambiente" guidato da Zhu Yongguan ha vinto il secondo premio del Premio nazionale di scienze naturali.Questo onore conferma pienamente i risultati ottenuti dal team nel campo della ricerca sull’inquinamento ambientale causato da geni resistenti ai farmaci.

Allo stato attuale, oltre al metodo di controllo dell'inquinamento del suolo "biochar", lo sviluppo della tecnologia di compostaggio ad alta temperatura, la tecnologia avanzata di ossidazione dell'acqua, la tecnologia elettrochimica, ecc. Fornisce anche mezzi efficaci per controllare e ridurre l'inquinamento genetico ambientale resistente ai farmaci. Inoltre, la terapia fagica, in quanto tecnologia di riduzione biologica naturale, offre nuove speranze e prospettive per ridurre i geni di resistenza nell’ambiente.

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C’è ancora molta strada da fare per frenare la resistenza microbica ai farmaci

Essendo un nuovo tipo di inquinante microbico, i geni resistenti ai farmaci presenti nell’ambiente hanno attirato una crescente attenzione da parte della comunità internazionale. Nel 2016, l’Organizzazione Mondiale della Sanità e l’Organizzazione per l’Alimentazione e l’Agricoltura delle Nazioni Unite hanno affermato chiaramente che dovrebbe essere lanciato un piano d’azione globale per concentrarsi sulla diffusione e proliferazione della resistenza ai farmaci “uomo-animale-ambiente”.

Nel 2022, 13 dipartimenti, tra cui la Commissione sanitaria nazionale, il Ministero dell'ecologia e dell'ambiente e il Ministero dell'agricoltura e degli affari rurali, hanno pubblicato congiuntamente il "Piano d'azione nazionale per contenere la resistenza microbica", sottolineando l'importanza della ricerca sulla resistenza batterica nell'ambiente e richiedere a tutti i dipartimenti governativi di rafforzare la collaborazione con l’industria, di iniziare da più campi e di unire le forze per rispondere congiuntamente a questa sfida.

COSÌ,Come affrontare il rischio di resistenza microbica?

"Controllo alla fonte, controllo durante il processo e riparazione alla fine."Zhu Yongguan ha affermato che per affrontare il rischio di resistenza microbica, dobbiamo affrontarlo da questi tre livelli, ovvero controllare rigorosamente l'uso di antibiotici e lo scarico delle acque reflue alla fonte, controllare la diffusione di geni resistenti ai farmaci nel processo ed effettuare la riparazione e la gestione alla fine.

"Dopo la pubblicazione dei risultati della nostra ricerca, hanno ricevuto ampia attenzione in patria e all'estero." Su Jianqiang ha affermato che i documenti di ricerca pertinenti pubblicati dal team sono diventati articoli popolari per diversi anni consecutivi e che i risultati originali pertinenti hanno spinto ad adottare misure. in tutto il mondo. Allo stesso tempo, sulla base della piattaforma di rilevamento PCR quantitativo ad alto rendimento costruita dal team, il team cinese ha stabilito un’ampia cooperazione con colleghi nel Regno Unito, Germania, Stati Uniti, Australia e altri paesi.

Al momento, gli scienziati hanno condotto alcune ricerche di base sui geni resistenti ai farmaci nell'ambiente e hanno ottenuto alcuni dati, ma la ricerca completa e sistematica sui geni resistenti ai farmaci nell'ambiente è ancora insufficiente.Da dove provengono i geni resistenti ai farmaci, dove vanno, quali sono i rischi e quali contromisure specifiche vengono adottate, è ancora necessario una risposta sistematica da parte della ricerca scientifica.

"Il nostro Paese è uno dei primi a pubblicare e attuare il Piano d'azione nazionale per il contenimento della resistenza batterica. Il contenimento della resistenza microbica è diventato un livello di sicurezza nazionale e di grande strategia e non è più limitato a un determinato settore o a una determinata professione campo." Nazionale Li Dachuan, vicedirettore del Dipartimento per gli affari medici della Commissione sanitaria nazionale, una volta disse che poiché ci sono ancora grandi differenze nelle capacità di servizio e nei livelli di gestione tra le diverse regioni e le diverse istituzioni mediche, la situazione della resistenza microbica è ancora gravi e complessi, e i farmaci antimicrobici devono essere ulteriormente rafforzati. Applicare razionalmente la gestione, migliorare la capacità dei professionisti medici e della salute animale di prevenire e controllare la resistenza microbica e migliorare la comprensione della resistenza microbica da parte dell’intera società.

"La resistenza agli antibiotici causata dallo scarico dei rifiuti è l'impronta lasciata dagli esseri umani nel mondo microbico. Ciò che dobbiamo fare è ridurre questo tipo di impronta il più piccolo possibile", ha sottolineato Zhu Yongguan.La transizione dei geni resistenti ai farmaci a batteri vitali e poi a batteri patogeni, l’inquinamento composto e l’interazione tra l’ospite e il microbioma sono nuove sfide e argomenti che le persone stanno attualmente affrontando. La “guerra” tra ricercatori scientifici e resistenza microbica ai farmaci sta ancora succedendo.