Antimikrobiālās rezistences gēnu prevalence bērnu zarnu mikrobiomā un to ietekmējošie faktori

Abstract

Ievads: Cilvēka zarnu mikrobioms ir nozīmīgs antimikrobiālās rezistences gēnu rezervuārs, jo tas sastāv no neskaitāmām baktēriju sugām. Turklāt, antibiotiku rezistentas infekcijas rodas, jo baktērijas spēj iegūt rezistentus gēnus – tā rezultātā var rasties būtiskas sabiedrības veselības problēmas, tajā skaitā arī pediatriskā populācijā. Ņemot vērā pieaugošo antibiotiku rezistenci pasaulē, jau preventīvos nolūkos ir svarīgi izprast zarnu trakta rezistoma uzbūvi un to ietekmējosos faktorus pediatriskā populācijā. Mērķis: analizēt antimikrobiālās rezistences gēnu prevalenci un iespējamās izmaiņas bērnu zarnu traktā, lai izvērtētu iespējamos riska faktorus, kas izraisa rezistoma izmaiņas bērniem. Materiāli un metodes: Šķērsgriezuma pētījumā tika savākts 91 fēču paraugs no bērniem vecumā 0-18 mēneši. Savāktajos paraugos, izmantojot metagenomisko sekvencēšanu tika identificēti antimikrobiālās rezistences gēni. Datu statistiskā apstrāde tika veikta ar programmu MedCalc®. Rezultāti: Kopumā visos paraugos tika atrasti vairāk kā 300 antimikrobiālās rezistences gēni. Mēs noteicām, ka bērniem, kas dzimuši ķeizargrieziena dzemdībās, bija vairāk klīniski nozīmīgu antimikrobiālās rezistences gēnu kā: aad6, APH(3´) IIIa, Campylobacter resistances gēni, un plaša spektra rezistenta Klebsiella, salīdzinot ar bērniem, kas dzimuši vaginalās dzemdībās (p<0.01). Abiem dzemdību veidiem visbiežāk atrastais gēns bija marA. Zīdaiņiem, kas vecaki par sešiem mēnešiem, bija biežāk sastopami vankomicīna rezistences gēni (vanG, vanTG, vanWI) un tetraciklīna rezistences gēni (tet(T), tet(W), tet(O)). Tika novērota lielāka gēnu - marA, aad6, baeR and PAH(3´) IIIa – prevalence bērniem, kuru mātes bija saņēmušas antibiotikas dzemdību laikā. Turklāt, antibiotiku saņemšana grūtniecības laikā palielināja tādu gēnu prevalence kā: patB un ANT(4’), Ib gēns. Savukārt, gēni, kas saistīti ar vankomicīna rezistenci, bija biežāk sastopami bērniem, kuru mātes prenatālā period nav saņēmušas antibiotikas (p<0.01). Secinājumi: Ņemot vērā iegūtos rezultātus, šobrīd varam secināt, ka dzemdību veidam, kā arī prenatālai antibiotiku saņemšanai var būt nozīmīga ietekme uz bērna zarnu trakta mikrobiomu, tajā skaitā antimikrobiālās rezistences gēniem. Ķeizargrieziena dzemdības un agrīna antibiotiku lietošana, palielina rezsitences gēnu esamību bērnu zarnu traktā. Turklāt, tika ievērotas arī ar vecuma posmu saistītas atšķirības, kas varētu liecināt par vides un uztura ietekmi uz rezistoma veidošanos un attīstību.

Background: The human gut microbiome is described to be a crucial reservoir for the antibiotic-resistant genes (further: ARG) as it contains countless bacterial species. Furthermore, antimicrobial resistant infections occur due to bacteria’s ability to acquire resistant genes which poses a critical public health concern, particularly when concerning children. To preserve the effectiveness of antibiotic medications, it is better to have an insight of children’s gut resistome composition and deeper understanding of the possible causes influencing its development, with the goal to secure the pediatric health. Objectives: This study aims to analyze the prevalence and significant differences of ARGs found in the intestinal microbiome of infants and toddlers located in Latvia to evaluate the possible risk factors that lead to alterations in children’s resistome composition. Materials and methods: In this cross-sectional study, faecal samples from a total of 91 children, aged 0-18 months, were collected and analyzed for identifying different antibiotic resistance genes. DNA extractions were performed with FastDNA SPIN kit, fragmented and afterwards DNA libraries prepared for further analysis with MedCalc®. Results: In total more than 300 antimicrobial resistance genes were noticed in all samples. We noticed that children born via C-section (CS) had higher prevalence of clinically important ARGs including aad6, APH(3´) IIIa, Campylobacter resistance genes, and most abundantly multidrug-resistant Klebsiella, compared to children born via natural delivery (ND) (p<0.01). In both delivery methods, regulatory gene marA was the most identified with approximately 25% higher prevalence in C-section. Additionally, children older than six months had high abundance of vancomycin resistance genes (e.g. vanG, vanTG, vanWI) and tetracycline-resistance protection proteins tet(T), tet(W), tet(O), suggesting that environmental exposures and nutritional choices can impact on resistome over time. Maternal use of antibiotic during delivery remarkably increased the prevalence of marA, aad6, baeR and PAH(3´) IIIa genes. Additionally, the use of antibiotics during pregnancy resulted in increased prevalence of patB and ANT(4´) Ib genes, while on the contrary genes related to vancomycin resistance were more abundant in children who were not exposed to antibiotics during the prenatal period (p<0.01). Conclusion: According to our results, the method of delivery and the maternal antibiotic use during pregnancy and during labor, had a significant impact on the child’s gut microbiota. Delivery via C-section and early antibiotic exposure led to higher prevalence of ARGs within the resistome. We also noticed age-related differences, which suggested that environmental exposures and nutritional changes could further increase the prevalence of ARGs over time.