Antibiyotik Direnci Tespiti için Sahada Bento ve MinION Düzeneği

Massive Bioinformatics

01/08/2024

Antibiyotik Direnci

Antibiyotik direnci geliştiren bakteriler, insan sağlığı için küresel bir tehdit haline geldi. Direncin nasıl ortaya çıktığını izlemek, yayılımıyla savaşabilmek için değerli bilgiler sunar.

Peki, farklı direnç varyantlarını ücra hastanelerde ya da laboratuvar imkanlarının olmadığı bölgelerde nasıl izleyebiliriz?

Bu soruya bir yanıt olarak 2017 yılında bir grup araştırmacı, Bento Lab ve MinION cihazlarından bir portatif laboratuvar sistemi oluşturarak antibiyotik direnci geliştiren bakterilerin genetik olarak tanımlanmalarını sağladı.

Buradaki fikir, daha taşınabilir iş akışları kullanılarak, enfeksiyon noktasında laboratuvar imkanları bulunmasa bile bakteri suşlarının tanımlanabilmesiydi. Böylece araştırmacılar, genomik verileri hızla üretilebilir ve diğer veri setleriyle karşılaştırabilirlerdi. Bu veriler daha sonra ortak antibiyotik direncini geliştiren suşların ve genlerin varlığını göstermeye yardımcı olabilir. Olası yayılma yollarını öngörebilir ve halk sağlığı yetkililerine enfeksiyonları önlemeye yardımcı olmak için gereken bilgileri verebilir.

Karbapenemler

Ekip, Kamboçya’nın Ulusal Halk Sağlığı Enstitüsü (NIPH), Japonya’nın Ulusal Bulaşıcı Hastalıklar Enstitüsü ve Juntendo Üniversitesi Tıp Fakültesi arasında işbirliği yaptı. NIPH’e gerçekleştirdikleri beş günlük ziyaret sırasında bakteriyel enfeksiyonlar için son çare antibiyotiklerden biri olan karbapenemlere dirençli bakterilere odaklandı.

Karbapenemler geniş aktivite spektrumu ve diğer antibiyotikler başarısız olduğunda enfeksiyonları tedavi edebilmeleri açısından insan sağlığı için kritik öneme sahiptir. Ancak ilaç olarak kullanılmaya başlandığı 1980’lerden bu yana karbapenemlere direnç gösteren bakteriler ortaya çıkmaya başladı. Direncin mekanizması, karbapenemaz adı verilen enzimlerin üretiminden kaynaklanıyor. Bunlar karbapenemleri degrade ederek tedaviyi işlevsiz hale getiriyorlar.

Tüm antibiyotik seçenekleri tükendiğindeyse diğer tedavi seçenekleri sınırlı olduğu için enfeksiyonun sebep olduğu ölüm oranı yükselir.

Bakteri Genomlarının Dizilenmesi

Ekip ilk olarak, bakteri izolatlarından karpapenamaz üreten genleri çoğaltmak için multipleks PCR deneyleri yapmak üzere Bento Lab’ı kullandı. Daha sonra yine Bento Lab ile kütüphane hazırlığı yapıp Oxford Nanopore MinION kullanarak üç izolatın tüm genom dizilemesini gerçekleştirdiler. Genom ve plazmid dizileri ortaya çıkartılıp suş bakımından veri bankalarıyla karşılaştırıldı.

Bu çalışma, Kamboçya’da karbapenemaz üreten gram-negatif bakterilerin epidemiyolojisine dair yapılan ilk değerlendirmelerden biri olmuştur. Çalışma süresinin kısalığına rağmen araştırmacılar, diğer ülkeler tarafından bildirilen yüksek riskli klonları tespit edebildiler. Grup aynı zamanda plazmidlerde ve mobil gen elementlerinde (bakteriden bakteriye geçebilirler) klinik olarak anlamlı karbapenemaz genleri dizilediler. Yerinde MinION genom birleştirmeleriyle antibiyotik direnç genlerini ve nerede bulunduklarını tespit ettiler.

KAYNAK: Hirabayashi A, Yanagisawa H, Takahashi H, Yahara K, Boeing P, Wolfenden B, Nov V, Lorn V, Veng M, Ann V, Darapheak C, Shibayama K and Suzuki M (2021) On-Site Genomic Epidemiological Analysis of Antimicrobial-Resistant Bacteria in Cambodia With Portable Laboratory Equipment. Front. Microbiol. 12:675463. doi: 10.3389/fmicb.2021.675463

Bento Lab & Oxford Nanopore MinION kombinasyonuyla çalışmalarınıza boyut katmak için bize ulaşın!