Sức đề kháng đường ruột và sự lan rộng của đề kháng kháng sinh

Kháng kháng sinh (AMR) đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng. Tiến sĩ Ramanan Laxminarayan, giám đốc Trung tâm Động lực học, Kinh tế & Chính sách, cho biết: “Việc sử dụng kháng sinh trên toàn cầu đã tăng 65% từ năm 2000 đến năm 2015  – và nếu không có chương trình hành động thì việc sử dụng kháng sinh có thể tăng gấp đôi vào năm 2030.”

Việc gia tăng sử dụng kháng sinh bắt nguồn từ nhiều yếu tố, bao gồm khả năng tiếp cận và khả năng chi trả kháng sinh cao hơn, đặc biệt là ở các khu vực có thu nhập thấp và trung bình; lạm dụng kháng sinh (ví dụ, để điều trị nhiễm virus) và các ứng dụng nông nghiệp, ngoài ra còn những vấn đề khác. Sự gia tăng này đã thúc đẩy sự xuất hiện và lây lan của AMR, và thế giới hiện đang đối mặt với một tương lai ảm đạm khi các liệu pháp điều trị nhiễm trùng do vi sinh vật có thể không còn hiệu quả nữa. ”

Một phần của việc chống lại sự lây lan của AMR là xác định các ổ chứa các sinh vật kháng thuốc. Hóa ra, các nhà khoa học không cần phải tìm đâu xa.

Khuẩn Enterococci kháng vancomycin

Đường ruột của con người chứa đầy các loại vi khuẩn đa dạng, nhiều vi khuẩn trong số đó có khả năng kháng nhiều loại kháng sinh. Điều này bao gồm các loài gây bệnh được nêu trong Báo cáo về các mối đe dọa kháng thuốc kháng sinh của CDC Hoa Kỳ, chẳng hạn như Enterococci kháng vancomycin và Enterobacteriaceae kháng carbapenem. Con người thu nhận các sinh vật AMR và gen kháng thuốc kháng sinh (ARG) và có thể lây lan chúng sang các ổ chứa khác, chẳng hạn như động vật. Do đó, hệ thống kháng của ruột — tập hợp các ARG do hệ vi sinh vật chứa đựng — là một phần quan trọng trong câu đố AMR.

Kháng thuốc kháng sinh và hệ vi sinh vật đường ruột

Trong khi một số vi khuẩn sống trong đường ruột có khả năng kháng thuốc kháng sinh một cách tự nhiên, những vi khuẩn khác lại có khả năng đề kháng từ các vi khuẩn đồng loại. Vi khuẩn hoán đổi vật chất di truyền, như ARG, thông qua một số hình thức chuyển gen ngang (HGT), bao gồm tiếp hợp (chuyển DNA giữa các tế bào, thường thông qua các yếu tố di truyền di động như plasmid và transposon), chuyển nạp (chuyển gen qua trung gian thực khuẩn giữa các vi khuẩn vật chủ) và biến nạp (một quá trình vi khuẩn hấp thụ DNA từ môi trường và kết hợp nó vào bộ gene của chúng).

Chuyển gene ngang HGT, và do đó, hoán đổi vật chất di truyền ARG, dễ dàng diễn ra khi nhiều vi khuẩn được kết hợp với nhau. Với rất nhiều vi khuẩn ở gần nhau, ruột cung cấp điều kiện lý tưởng để trao đổi. Trên thực tế, người ta ước tính rằng mức cơ bản của HGT trong ruột cao gấp 25 lần so với trong đất – một môi trường giàu vi khuẩn khác. Áp lực chọn lọc mà những vi khuẩn này có thể phải đối mặt từ thuốc kháng sinh dự phòng hoặc điều trị chỉ thúc đẩy việc truyền ARG.

Nhiều vi khuẩn đường ruột chứa ARG, một phần lớn trong số đó là các loài sống chung kỵ khí, không gây nguy hiểm cho sức khỏe. Vấn đề là khi ARG được thu nhận bởi các vi khuẩn có tiềm năng gây bệnh. Ví dụ, ẩn mình giữa các quần thể mạnh mẽ của vi khuẩn đường ruột kỵ khí là một số lượng nhỏ hơn các vi khuẩn kỵ khí lộ diện, bao gồm Enterobacteriaceae và Enterococcaceae spp. Vi khuẩn trong các nhóm này có cả thủ phạm phổ biến của nhiễm trùng AMR, chẳng hạn như các chủng vi khuẩn E. coli, lebsiellaneumonieae và Enterococcus faecalis đa kháng thuốc . Những vi khuẩn này có thể lấy ARG từ các thành viên khác của hệ vi sinh vật đường ruột. Ví dụ, một transposon chứa gen van B , gen này tạo ra sức đề kháng chống lại vancomycin, phổ biến ở các vi khuẩn kỵ khí đường ruột. Những vi khuẩn này có thể chuyển gen van B cho các loài Enterococcus. Do Enterococci kháng vancomycin được CDC phân loại là “mối đe dọa nghiêm trọng” , điều này đặc biệt đáng nhận được sự quan tâm của giới khoa học.

Những gì ảnh hưởng đến thành phần kháng ruột?

Hệ kháng khuẩn đường ruột phát triển khi vi khuẩn tràn vào ruột ngay sau khi sinh. Điều thú vị là trẻ sơ sinh có lượng ARG trong ruột  cao hơn người lớn. Điều này trùng khớp với thành phần của hệ vi sinh vật của chúng (ví dụ: đường ruột của trẻ sơ sinh chứa tỷ lệ vi khuẩn Proteobacteria cao hơn, như E. coli, là nguồn ARG quan trọng). Các yếu tố khác , chẳng hạn như chế độ sinh và việc trẻ được nuôi dưỡng trong bao lâu cũng có thể ảnh hưởng đến sự phát triển của hệ đề kháng đường ruột.

Hệ vi sinh vật đường ruột phát triển và tiến hóa trong suốt cuộc đời một người, vàhệ thống kháng thuốc cũng vậy. Mặc dù việc sử dụng kháng sinh (và lạm dụng) luôn góp phần vào AMR và thành phần của kháng thuốc, nhưng cũng có những yếu tố khác đóng một vai trò nào đó.

Chế độ ăn

Chế độ ăn uống gắn liền chặt chẽ với thành phần của hệ vi sinh vật và có lẽ là hệ kháng thuốc. Ví dụ, khi các nhà nghiên cứu phân tích hệ vi sinh vật đường ruột và chế độ ăn của 290 người khỏe mạnh , họ nhận thấy rằng những người ăn một chế độ ăn đa dạng, giàu chất xơ có lượng ARG dồi dào hơn trong ruột của họ. Các nhà khoa học suy đoán rằng chất xơ cao hơn “thúc đẩy thành phần của ruột đến trạng thái kỵ khí bắt buộc hơn, làm giảm chỗ đứng cho các vi khuẩn kỵ khí dễ nuôi, vốn được biết đến là nơi ẩn náu của chứng viêm và kháng kháng sinh.” Những dữ liệu này cho thấy rằng, bằng cách điều chỉnh thành phần của hệ vi sinh vật, chế độ ăn uống cũng điều chỉnh hệ kháng thuốc. Tuy nhiên, các nghiên cứu khác lại cho biết không có mối liên quan giữa thói quen ăn kiêng và thành phần kháng thuốc. Với những khác biệt này, cần có nhiều nghiên cứu hơn để hiểu được sự tương tác giữa chế độ ăn uống và hệ thống kháng đường ruột.

Động vật và môi trường 

 “Trên toàn cầu việc sử kháng sinh nhiều nhất là ở lợn, sau đó là người, gà, gia súc và cuối cùng là nuôi trồng thủy sản,” Laxminarayan nói. Việc sử dụng kháng sinh trên động vật thúc đẩy sự phát triển của các sinh vật AMR. Kết quả là, con người có thể thu nhận vi khuẩn AMR và các yếu tố di truyền từ (và lan truyền chúng đến) các hốc chứa trong môi trường, trong đó động vật là mắt xích đặc biệt quan trọng trong chuỗi truyền bệnh.

Con người thu nhận các sinh vật AMR và vật chất di truyền từ các hồ chứa môi trường, bao gồm cả động vật gia súc và đất.

Nguồn: https://doi.org/10.1128%2FmBio.02227-15

Con người có thể tiếp xúc với các sinh vật AMR  khi xử lý hoặc ăn thịt từ động vật chứa vi khuẩn AMR, tiêu thụ sản phẩm được bón bằng phân có chứa vi khuẩn hoặc gen kháng thuốc hoặc tiếp xúc với nước thải bị ô nhiễm và phân động vật. Sau đó, những vi khuẩn và / hoặc ARG này có thể tích hợp trong cộng đồng vi sinh vật đường ruột. 

Khi các nhà khoa học kiểm tra sức đề kháng của ruột của các sinh viên thú y đã hoàn thành khóa thực tập tại các trang trại nuôi lợn, họ đã xác định được 270 ARG (hầu hết trong số đó được mã hóa khả năng kháng beta-lactamase, aminoglycoside và chloramphenicol) đã chuyển từ môi trường trang trại lợn sang hệ vi sinh vật đường ruột của sinh viên. Nghiên cứu nhấn mạnh mối quan hệ qua lại giữa các vi sinh vật trong môi trường và con người và các quần thể kháng thuốc. Sự giao nhau này càng được chứng minh bằng thực tế rằng những quần thể người ít tiếp xúc với kháng sinh, chẳng hạn như cộng đồng người Hadza ở Tanzania có chứa ARG trong ruột của họ, cho thấy có sự tiếp nhận từ các nguồn trong môi trường, ví dụ như đất. 

Địa lý

Nơi mà bạn sinh sống ảnh hưởng đến thành phần của kháng thể đường ruột của bạn. Trên thực tế, chỉ cần đi du lịch từ nơi này sang nơi khác của thế giới có thể thay đổi sức đề kháng của một cá nhân. Một nghiên cứu đã mô tả sức đề kháng đường ruột của các cá nhân trước và sau khi đi du lịch đến các địa điểm khác nhau, bao gồm các quốc gia ở Nam Á và Bắc Phi. Khi các du khách trở về sau chuyến du lịch nước ngoài, họ đã có sẵn một kho ARG lớn hơn và đa dạng hơn so với trước khi họ rời đi. Hơn nữa, sức đề kháng của những cá nhân trở về từ các khu vực địa lý khác nhau có sự khác biệt rõ rệt, điều đó cho thấy mỗi khu vực có một dấu hiệu kháng thuốc riêng biệt.

Những thay đổi về vị trí này có thể gắn liền với  sự khác biệt về chế độ ăn uống, kháng sinh và thực hành nông nghiệp và các yếu tố môi trường trên toàn thế giới. AMR thường cao hơn ở các nước có thu nhập thấp hoặc trung bình. Laxminarayan cho biết: “Những dân số này ít được tiếp cận với các loại thuốc kháng sinh mới hơn, có tiềm năng hiệu quả hơn so với các nước có thu nhập cao hơn, điều này có thể làm trầm trọng thêm vấn đề kháng thuốc.”

Trận chiến chống lại AMR

Theo Laxminarayan, “nhu cầu làm việc trên diện rộng [vừa là] thách thức và cơ hội để chiến đấu với AMR.” Ông nhấn mạnh rằng việc tận dụng mối liên hệ giữa các yếu tố, chẳng hạn như sự giao thoa giữa AMR ở động vật và con người, sẽ là một phần quan trọng của giải pháp.

Với cách tiếp cận đó, hệ vi sinh vật đường ruột của con người không tồn tại biệt lập. Nó là một phần của mạng lưới các cộng đồng vi sinh vật trong môi trường. Việc hiểu rõ hơn về kháng thuốc ở đường ruột và cách nó ảnh hưởng và đóng góp vào AMR trên quy mô rộng, có thể hữu ích cho việc theo dõi và giải quyết cuộc khủng hoảng AMR.