Schadelijke ziekenhuisbacteriën evolueerden 'als reactie op moderne diëten'
Clostridioides difficile is een vorm van bacteriën die doorgaans patiënten in ziekenhuisomgevingen infecteert nadat ze een antibioticabehandeling hebben ondergaan die de bacteriële balans in hun darmen heeft verstoord. Nieuw onderzoek legt uit hoe deze bacterie evolueert en suggereert nieuwe wegen voorwaarts in preventie en therapie.
Clostridioides difficile (voorheen bekend als Clostridium difficile) zijn een belangrijke oorzaak van bacteriële infecties in ziekenhuizen.
C. diff. Volgens schattingen van 2015 van de Centers for Disease Control and Prevention (CDC) veroorzaakte alleen al in de Verenigde Staten in slechts 1 jaar bijna 50.000 infecties.
De CDC belt ook C. diff. "Een grote bedreiging voor de gezondheid." Dit komt door de ernst van de symptomen die met de infectie gepaard gaan, met name diarree en misselijkheid, en omdat het erg moeilijk te behandelen is. Waarschijnlijk zijn er maar liefst 15.000 sterfgevallen als gevolg van C. diff. infecties in de VS elk jaar, zegt de CDC.
Nieuw onderzoek van het Wellcome Sanger Institute, de London School of Hygiene & Tropical Medicine en andere onderzoeksinstellingen biedt nu meer uitleg over hoe C. diff. hebben zich zo goed aangepast aan ziekenhuizen en andere omgevingen en waarom ze zo moeilijk uit te roeien zijn geworden.
In de studie analyseerde het team de genetische samenstelling van C. diff. na het verzamelen van monsters van verschillende hosts en omgevingen. De resultaten, die verschijnen in Nature Genetics, leg uit hoe deze bacteriën zijn geëvolueerd en blijven evolueren.
De auteurs van het onderzoek suggereren dat hun bevindingen ook kunnen wijzen op nieuwe wegen voorwaarts in de preventie en behandeling van C. diff.
In kaart brengen C. diff.‘S genetische evolutie
Voor hun studie hebben de onderzoekers de sequentie bepaald en het DNA van 906 stammen van C. diff. Hiervan isoleerden ze 761 stammen van mensen, 166 van dieren, waaronder honden, paarden en varkens, en 29 stammen uit verschillende omgevingen.
De monsters kwamen uit 33 landen, hoewel de meeste - maar liefst 465 - uit het Verenigd Koninkrijk kwamen.
Na analyse van het DNA van al hun bacteriestalen, deden de onderzoekers een intrigerende ontdekking: C. diff. evolueert nog steeds en is opgesplitst in twee soorten. De ene heeft zich aangepast om gemakkelijk in ziekenhuisomgevingen te doordringen en menselijke gastheren te infecteren.
“Dankzij onze grootschalige genetische analyse hebben we dat kunnen ontdekken C. diff. is momenteel een nieuwe soort aan het vormen, met één groep die gespecialiseerd is om zich in ziekenhuisomgevingen te verspreiden, ”legt gezamenlijke eerste auteur Nitin Kumar, Ph.D.
“Deze opkomende soort bestaat al duizenden jaren, maar dit is de eerste keer dat iemand heeft bestudeerd C. diff. genomen op deze manier om het te identificeren. Deze specifieke bacterie was voorbereid om te profiteren van moderne gezondheidszorgpraktijken en menselijke diëten voordat er zelfs maar een ziekenhuis bestonden, ”vervolgt hij.
Het team merkte op dat deze soort - die ze noemen C. diff. clade A - vertegenwoordigde ongeveer 70% van de monsters die ze hadden verzameld van personen die waren opgenomen in het ziekenhuis.
Dat vonden de onderzoekers ook C. diff. clade A toonde veranderingen in de genen die het metabolisme van eenvoudige suikers aansturen, wat de wetenschappers het idee gaf dat de bacteriën zouden kunnen gedijen in gastheren met een suikerrijk dieet.
Een experiment met muizen toonde aan dat deze hypothese juist was: bacteriën die tot clade A behoorden, waren beter in staat om dieren te koloniseren die een met suiker verrijkt dieet hadden genuttigd.
Dat merkte het onderzoeksteam ook op C. diff. clade A had verschillen in de genen die sporenvorming aansturen, waardoor ze beter bestand waren tegen gangbare manieren om bacteriën in ziekenhuizen te bestrijden, namelijk krachtige ontsmettingsmiddelen.
C. diff. geëvolueerd met menselijke diëten
Volgens verdere analyses, C. diff. clade A ontstond ongeveer 76.000 jaar geleden en begon zich verder te differentiëren en te evolueren rond het jaar 1595. Deze soort evolueert en past zich nog steeds aan, waarschuwen de onderzoekers.
"Onze studie levert genoom- en laboratoriumgebaseerd bewijs dat de menselijke levensstijl bacteriën ertoe kan aanzetten nieuwe soorten te vormen, zodat ze zich effectiever kunnen verspreiden", merkt senior auteur Trevor Lawley, Ph.D.
Niet alleen dat, maar laboratoriumexperimenten suggereren dat deze hardnekkige bacteriën zijn geëvolueerd om te gedijen in lichamen die zijn voorbereid op moderne, suikerrijke voeding.
Hoewel deze bevindingen laten zien hoe C. diff. zo een grote bedreiging voor de gezondheidszorg is geworden, kunnen ze ook wijzen op de weg voorwaarts om te voorkomen dat deze bacteriën kwetsbare individuen infecteren, stellen de onderzoekers.
“We laten zien dat stammen van C. diff. bacteriën zijn blijven evolueren als reactie op moderne diëten en gezondheidszorgsystemen en laten zien dat het focussen op voeding en het zoeken naar nieuwe ontsmettingsmiddelen kan helpen bij de strijd tegen deze bacterie. "
Trevor Lawley, Ph.D.
'Deze grootste verzameling en analyse ooit van C. diff. hele genomen, uit 33 landen over de hele wereld, geeft ons een geheel nieuw begrip van de evolutie van bacteriën ”, voegt coauteur prof. Brendan Wren toe.
“Het toont het belang aan van genomische surveillance van bacteriën. Uiteindelijk zou dit kunnen helpen begrijpen hoe andere gevaarlijke ziekteverwekkers evolueren door zich aan te passen aan veranderingen in menselijke levensstijlen en gezondheidszorgregimes, die vervolgens het gezondheidszorgbeleid zouden kunnen informeren ”, stelt hij.
