কোম্পানির খবর mBio | পূর্ব চীনে শূকরদের মধ্যে ১২ বছর ধরে Escherichia coli-এর অ্যান্টিমাইক্রোবিয়াল প্রতিরোধের মূল্যায়ন করতে জিনোমিক প্রযুক্তি ব্যবহার

চিকিৎসা ও কৃষিতে অ্যান্টিবায়োটিকের বর্তমান অতিরিক্ত ব্যবহারের ফলে অ্যান্টিমাইক্রোবিয়াল প্রতিরোধের উদ্ভব হয়েছে, যা জনস্বাস্থ্যের জন্য একটি গুরুতর হুমকি। তবে, বর্তমান গবেষণা মূলত ক্লিনিকাল সেটিংগুলিতে কেন্দ্রীভূত হয়েছে, যেখানে রোগাক্রান্ত প্রাণী থেকে আসা এসচেরিচিয়া কোলাই (Escherichia coli) ব্যাকটেরিয়ার প্রতিরোধের বৈশিষ্ট্যগুলি, বিশেষ করে প্রাণী থেকে মানুষের মধ্যে সংক্রমণের ঝুঁকি পরীক্ষা করার জন্য পর্যাপ্ত গবেষণা করা হয়নি।

সম্প্রতি, চীনের ঝেজিয়াং একাডেমি অফ এগ্রিকালচারাল সায়েন্সেস-এর ইনস্টিটিউট অফ অ্যানিমাল হাজবেন্ড্রি অ্যান্ড ভেটেরিনারি মেডিসিন এবং চায়না ইউনিভার্সিটি অফ সায়েন্স অ্যান্ড টেকনোলজির স্কুল অফ লাইফ সায়েন্সেস-এর একটি গবেষণা দল জার্নাল mBio-তে একটি নতুন গবেষণা প্রকাশ করেছে। এই গবেষণায় জিনোমিক প্রযুক্তি ব্যবহার করে, পূর্ব চীনের একটি ১২ বছরের সময়কালে সংগৃহীত রোগাক্রান্ত শূকর থেকে পাওয়া ১১৪টি এসচেরিচিয়া কোলাই স্ট্রেনের অ্যান্টিবায়োটিক প্রতিরোধ ক্ষমতা বিশ্লেষণ করা হয়েছে। গবেষণায় প্রথমবারের মতো, mcr-1 এবং mcr-3 উভয় জিন বহনকারী এন্টারোটক্সিজেনিক ই. কোলাই (ETEC) স্ট্রেন সনাক্ত করা হয়েছে।

ভূমিকা

পশুপালন ও স্বাস্থ্যসেবায় অ্যান্টিবায়োটিকের অনুপযুক্ত ব্যবহারের ফলে 'সুপার-রেজিস্ট্যান্স জিন' (যেমন blaNDM, mcr-1, এবং tet(X4)) বহনকারী ড্রাগ-প্রতিরোধী ব্যাকটেরিয়ার ব্যাপক বিস্তার ঘটেছে। এর ফলে 'শেষ আশ্রয় অ্যান্টিবায়োটিক'-এর কার্যকারিতা দুর্বল হয়ে পড়েছে এবং নতুন ওষুধের ঘাটতি দেখা দিয়েছে, যা একটি গুরুতর সমস্যা তৈরি করেছে।

ই. কোলাই, একটি প্রধান জুনোটিক প্যাথোজেন হিসাবে, রোগ সৃষ্টি করতে পারে এবং ইকোসিস্টেম জুড়ে ড্রাগ-প্রতিরোধী জিন (যেমন উচ্চ-ঝুঁকিপূর্ণ জিন blaNDM-5, mcr-1, এবং tet(X4/X5) বহনকারী) বিস্তার করতে পারে। এর উচ্চ সংক্রমণ ক্ষমতা এবং বহু-ঔষধ প্রতিরোধের সম্মিলিত প্রভাব ঝুঁকি বাড়িয়ে তোলে। সম্পূর্ণ জিনোম সিকোয়েন্সিং (WGS) ড্রাগ প্রতিরোধ এবং রোগ সৃষ্টিকারী জিন সনাক্তকরণের জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ প্রযুক্তি, যা প্রাণী ও মানুষের রোগ প্রতিরোধ ও নিয়ন্ত্রণের ভিত্তি সরবরাহ করে।

গবেষণার ফলাফল

১. এই গবেষণায় এসচেরিচিয়া কোলাই-এর বিস্তার

চিত্র ১এ-তে দেখানো হয়েছে, এই গবেষণায় ২০১০ থেকে ২০২১ সালের মধ্যে ঝেজিয়াং প্রদেশের ১১টি শহরের ৮২টি খামার থেকে সংগৃহীত অসুস্থ ও মৃত শূকর থেকে পাওয়া ১১৪টি ই. কোলাই আইসোলেট বিশ্লেষণ করা হয়েছে। এই শূকরগুলি ডায়রিয়া, প্লীহা বৃদ্ধি এবং যকৃতের প্রদাহে আক্রান্ত হয়েছিল।

চিত্র ১বি-তে দেখানো হয়েছে, জিনোমিক বিশ্লেষণে ৩৯টি সিকোয়েন্স টাইপ (STs) প্রকাশ পেয়েছে, যার মধ্যে ST88 (১৫.৮%) সবচেয়ে বেশি দেখা গেছে। শাউক্সিং এবং হাংজুতে সর্বোচ্চ ST বৈচিত্র্য পরিলক্ষিত হয়েছে। একাধিক ST বিভিন্ন বছর ও শহরে বিদ্যমান ছিল। কিছু ST টাইপ (যেমন ST88) নয় বছর ধরে ধারাবাহিকভাবে বিদ্যমান ছিল, যেখানে অন্যরা (যেমন ST117 এবং ST48) শুধুমাত্র নির্দিষ্ট সময়ে দেখা গেছে। নমুনা সনাক্তকরণ নির্ভরযোগ্য ছিল এবং স্ট্রেনগুলির মধ্যে ছোট SNP পার্থক্যগুলি খামার ও সময়ের মধ্যে সংক্রমণ নির্দেশ করে।

চিত্র ১. ১১৪টি এসচেরিচিয়া কোলাই আইসোলেটের এপিডেমিওলজিক্যাল বৈশিষ্ট্য

চিত্র এ: ঝেজিয়াং প্রদেশে নমুনা সংগ্রহ ও সময়কাল (নীল চিহ্নিতকারী)

চিত্র বি: শহর, বছর এবং উচ্চ-ঝুঁকিপূর্ণ ড্রাগ-প্রতিরোধী জিনের সাথে স্ট্রেনগুলির সম্পর্ক। লাইনের পুরুত্ব স্ট্রেনের সংখ্যার সাথে সঙ্গতিপূর্ণ।

চিত্র সি: MLST-এর উপর ভিত্তি করে নির্মিত সর্বনিম্ন স্প্যানিং ট্রি। নোডের আকার স্ট্রেনের সংখ্যা এবং শাখার দৈর্ঘ্য জেনেটিক পরিবর্তন প্রতিফলিত করে।

উপসংহার: ঝেজিয়াং-এর সংক্রমিত শূকর থেকে পাওয়া ই. কোলাই আইসোলেটগুলিতে উচ্চ জিনগত বৈচিত্র্য (৩৯টি ST টাইপ) দেখা গেছে। তবে, স্ট্রেনগুলির মধ্যে সামান্য জিনগত পার্থক্য ক্রস-ফার্ম সংক্রমণের ঝুঁকিও নির্দেশ করে। ST88 স্ট্রেনটি নয় বছর পর্যন্ত স্থায়ী মহামারী কার্যকলাপ দেখিয়েছে।

চিত্র ২. ১১৪টি ই. কোলাই আইসোলেটের ANI

২০১০ থেকে ২০১৭ সাল পর্যন্ত বিচ্ছিন্ন করা ই. কোলাই স্ট্রেনগুলির নাম নীল রঙে চিহ্নিত করা হয়েছে এবং ২০১৮ থেকে ২০২১ সাল পর্যন্ত বিচ্ছিন্ন করা ই. কোলাই স্ট্রেনগুলির নাম গোলাপী রঙে চিহ্নিত করা হয়েছে।

২. ১১৪টি ই. কোলাই আইসোলেটের অ্যান্টিমাইক্রোবিয়াল প্রতিরোধ ক্ষমতা বিশ্লেষণ

অসুস্থ শূকর থেকে পাওয়া ১১৪টি ই. কোলাই আইসোলেট সাধারণত গুরুতর বহু-ঔষধ প্রতিরোধ ক্ষমতা দেখিয়েছিল (৯৯.১২% তিনটি বা তার বেশি ড্রাগ ক্লাসের প্রতিরোধী ছিল (চিত্র ৩বি))। এমপিসিলিন এবং সমন্বিত প্রস্তুতিগুলির প্রতিরোধ ক্ষমতা ১০০% পৌঁছেছিল এবং সিপ্রোফ্লক্সাসিন ও টেট্রাসাইক্লিনের প্রতিরোধ ক্ষমতা ৯৪%-এর বেশি ছিল (চিত্র ৩এ)। উল্লেখযোগ্যভাবে, ২১.০৫% স্ট্রেন কোলিস্টিনের প্রতিরোধী ছিল। ২০১৮ সালের পর, কোলিস্টিন প্রতিরোধের হার (১৫.৭১%) আগের সময়ের (২৯.৫৫%) তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পেয়েছে (যেমন চিত্র ৩সি, ২০১৮-২০২১)। তবে, ফ্লোরফেনিকল প্রতিরোধের হার ৯৪.২৯% পর্যন্ত বেড়েছে, যেখানে অন্যান্য ওষুধের প্রতিরোধ ক্ষমতা তুলনামূলকভাবে স্থিতিশীল ছিল। এই গতিশীল পরিবর্তন সম্ভবত ঔষধ নীতিমালার সমন্বয়ের সাথে সম্পর্কিত।

চিত্র ৩. ১১৪টি ই. কোলাই আইসোলেটের অ্যান্টিমাইক্রোবিয়াল প্রতিরোধ ক্ষমতা

চিত্র এ: ১৩টি অ্যান্টিবায়োটিকের বিরুদ্ধে ১১৪টি আইসোলেটের প্রতিরোধের হার; চিত্র বি: বহু-ঔষধ প্রতিরোধী স্ট্রেনগুলির বিতরণ;

চিত্র সি: ২০১০-২০১৭ এবং ২০১৮-২০২১-এর মধ্যে প্রতিরোধের হারের পরিবর্তনের তুলনা, পার্থক্যের তাৎপর্য বিশ্লেষণ করতে চি-স্কোয়ার পরীক্ষা ব্যবহার করা হয়েছে।

উপসংহার: ঝেজিয়াং প্রদেশের রোগাক্রান্ত শূকর থেকে বিচ্ছিন্ন ই. কোলাই-তে গুরুতর বহু-ঔষধ প্রতিরোধ ক্ষমতা বিদ্যমান ছিল, যার মধ্যে কোলিস্টিন প্রতিরোধ ক্ষমতা বিশেষভাবে উল্লেখযোগ্য ছিল। তবে, ২০১৭ সালে নিষেধাজ্ঞা জারির পর, প্রতিরোধের হার উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পেয়েছে, যেখানে ফ্লোরফেনিকল প্রতিরোধ ক্ষমতা বৃদ্ধি পেয়েছে। এই গতিশীল পরিবর্তন ড্রাগ ব্যবহারের নীতিমালার সমন্বয়ের সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত।

৩. ই. কোলাই আইসোলেটে AMR-এর সাথে সম্পর্কিত জিনগত বৈশিষ্ট্যগুলির চরিত্রায়ন

গবেষণায় দেখা গেছে যে অসুস্থ শূকর থেকে পাওয়া ১১৪টি ই. কোলাই আইসোলেটের মধ্যে গড়ে ৪.৯টি প্লাজমিড ছিল, যার মধ্যে IncFIB প্লাজমিড সবচেয়ে বেশি (স্ট্রেনগুলির ৭৮.০৭%) ছিল। সমস্ত স্ট্রেনে কমপক্ষে দুটি ড্রাগ-প্রতিরোধী জিন (ARGs) ছিল এবং ৮০.৭%-এর বেশি ১০টির বেশি ARG ছিল, যার মধ্যে mdf(A), tet(A), floR, এবং sul2 সবচেয়ে বেশি বিদ্যমান ছিল। মূল অনুসন্ধানে নির্দিষ্ট প্লাজমিড এবং ড্রাগ-প্রতিরোধী জিনের মধ্যে শক্তিশালী সম্পর্ক প্রকাশ পেয়েছে (যেমন, aadA2b/sul3/tet(A)-এর সাথে IncHI2 টাইপ, এবং mcr-1-এর সাথে IncI2 টাইপ), এবং পরীক্ষাগুলি নিশ্চিত করেছে যে IncI2 প্লাজমিডগুলি স্ট্রেনগুলির মধ্যে mcr-1 জিনের স্থানান্তরকে কার্যকরভাবে মধ্যস্থতা করতে পারে।

চিত্র ৪. ১১৪টি এসচেরিচিয়া কোলাই আইসোলেটে অর্জিত প্রতিরোধের জিনগুলির পূর্বাভাস ফলাফল

চিত্র ৫. ১১৪টি ই. কোলাই আইসোলেটে ARG এবং প্লাজমিড রেপ্লিকনগুলির মধ্যে পারস্পরিক সম্পর্ক

উপসংহার: রোগাক্রান্ত শূকর থেকে আসা ই. কোলাই-তে সাধারণত একাধিক প্লাজমিড থাকে এবং প্রতিরোধ জিন সমৃদ্ধ হয়। IncI2 প্লাজমিডগুলি মূল প্রতিরোধ জিন mcr-1-এর অনুভূমিক স্থানান্তরের জন্য অত্যন্ত কার্যকর ভেক্টর হিসাবে প্রমাণিত হয়েছে।

৪. ই. কোলাই আইসোলেটে সংক্রমণ ক্ষমতার সাথে সম্পর্কিত জিনগত বৈশিষ্ট্যগুলির সনাক্তকরণ

গবেষণায় দেখা গেছে যে বিশ্লেষণ করা ১১৪টি ই. কোলাই আইসোলেটের মধ্যে প্রত্যেকটিতে কমপক্ষে একটি সংক্রমণ ক্ষমতা জিন ছিল, যার মধ্যে প্রায় ৮০%-এর কমপক্ষে ১০টি ছিল। এদের মধ্যে, terC জিন সবচেয়ে বেশি বিদ্যমান ছিল (৯৯.১২%), এরপরে traT জিন (৮১.৫৮%)। অন্যান্য প্রধান সংক্রমণ ক্ষমতা জিন, stb, sta1, stx2A, stx2B, এবং astA, আইসোলেটগুলির ২৪.৫৬% থেকে ৩৬.৮৪%-এর মধ্যে পাওয়া গেছে। বিশ্লেষণে নির্দিষ্ট স্ট্রেন টাইপ (ST টাইপ) এবং কিছু সংক্রমণ ক্ষমতা জিনের মধ্যে উল্লেখযোগ্য সম্পর্ক প্রকাশ পেয়েছে: ST501 stb এবং sta1-এর সাথে, ST100 astA এবং stb-এর সাথে, এবং ST88 ও ST4214 stb, sta1, stx2A, এবং stx2B-এর সাথে সম্পর্কিত ছিল। এছাড়াও, astA এবং stb-এর মধ্যে এবং stb, sta1, stx2A, এবং stx2B-এর মধ্যে উল্লেখযোগ্য সহ-অবস্থান সম্পর্ক পরিলক্ষিত হয়েছে। গবেষণায় ২৮টি শিগা টক্সিন উৎপাদনকারী এসচেরিচিয়া কোলাই (STEC), ৪৩টি এন্টারোটক্সিজেনিক এসচেরিচিয়া কোলাই (ETEC), এবং একটি EPEC-উৎপাদনকারী এসচেরিচিয়া কোলাই (EPEC) সনাক্ত করা হয়েছে।

চিত্র ৬. ১১৪টি ই. কোলাই আইসোলেটের জন্য সংক্রমণ ক্ষমতা জিন পূর্বাভাস ফলাফল

লাল গ্রিডগুলি উচ্চ-ঝুঁকিপূর্ণ ই. কোলাই সংক্রমণ ক্ষমতা জিন নির্দেশ করে, যেখানে গোলাপী গ্রিডগুলি সাধারণ সংক্রমণ ক্ষমতা জিন নির্দেশ করে।

উপসংহার: রোগাক্রান্ত শূকর থেকে বিচ্ছিন্ন ই. কোলাই-তে সাধারণত একাধিক সংক্রমণ ক্ষমতা জিন থাকে। নির্দিষ্ট স্ট্রেন টাইপ (যেমন ST501/ST100) মূল টক্সিন জিনের সাথে উল্লেখযোগ্যভাবে সম্পর্কিত এবং STEC, ETEC, এবং EPEC-এর মতো রোগ সৃষ্টিকারী উপপ্রকারগুলি সফলভাবে সনাক্ত করা হয়েছে।

৫. mcr-1 এবং mcr-3 বহনকারী প্লাজমিডের জিনগত বৈশিষ্ট্য

গবেষণায় প্রকাশ হয়েছে যে দুটি ই. কোলাই স্ট্রেন mcr-1 এবং mcr-3 উভয় জিন বহন করে। এই জিনগুলি ভিন্ন প্লাজমিডে অবস্থিত: mcr-1 একটি IncI2 প্লাজমিডে অবস্থিত, যার একটি সাধারণ গঠন এবং উচ্চ সংক্রমণ ক্ষমতা রয়েছে, যেখানে mcr-3 একটি IncHI2 প্লাজমিডে অবস্থিত, যা জটিল এবং বৈচিত্র্যময় এবং একাধিক ড্রাগ প্রতিরোধ ক্ষমতা জিন বহন করে।

চিত্র ৭. BLAST সরঞ্জাম ব্যবহার করে পূর্বে রিপোর্ট করা প্লাজমিডের সাথে mcr এবং tet(X4) বহনকারী প্লাজমিডের তুলনামূলক বিশ্লেষণ।

উপসংহার: ই. কোলাই-তে mcr-1 এবং mcr-3 জিনগুলি যথাক্রমে গঠনগতভাবে সাধারণ (IncI2) এবং জটিল (IncHI2) প্লাজমিডে পাওয়া গেছে, যা প্রতিরোধের জিন স্থানান্তরের বিভিন্ন প্রক্রিয়া নির্দেশ করে।

৬. tet(X4) বহনকারী প্লাজমিডের জিনগত বৈশিষ্ট্য

গবেষণায় দেখা গেছে যে টিগেসাইক্লিন-প্রতিরোধী ই. কোলাই-এর দুটি স্ট্রেন দুটি গঠনগতভাবে ভিন্ন tet(X4) প্লাজমিড বহন করে: ছোট প্লাজমিড p626A1-38K-tetX4 (IncX1 টাইপ, সাধারণ গঠন, tet(X4) এবং floR ধারণ করে) এবং বৃহৎ প্লাজমিড p802A1-191K-tetX4 (জটিল টাইপ, tet(X4) এবং আরও পাঁচটি প্রতিরোধ জিন ধারণ করে)। উভয়ই পরিচিত মহামারী প্লাজমিডের ব্যাকবোনের অনুরূপ এবং tet(X4)-এর চারপাশে মোবাইল অঞ্চল রয়েছে যেখানে একাধিক প্রতিরোধ জিন এবং সন্নিবেশ ক্রম রয়েছে, যা উচ্চ-স্তরের সংক্রমণের ঝুঁকি নির্দেশ করে।

চিত্র ৮. mcr জিনের জিনগত পরিবেশের বিশ্লেষণ

A: প্লাজমিড p204A1-223K-mcr3 এবং p602A1-220K-mcr3-এ *mcr-3* জিনের জিনগত পরিবেশ;

B: প্লাজমিড p204A1-63K-mcr1 এবং p602A1-65K-mcr1-এ *mcr-1* জিনের জিনগত পরিবেশ।

উপসংহার: এই গবেষণায় দেখা গেছে যে টিগেসাইক্লিন-প্রতিরোধী ই. কোলাই দ্বারা বাহিত দুটি গঠনগতভাবে ভিন্ন tet(X4) প্লাজমিড উভয়ই প্রচলিত প্লাজমিডের মতো ব্যাকবোন বৈশিষ্ট্য ধারণ করে এবং জিনের চারপাশে মোবাইল অঞ্চল রয়েছে, যা সংক্রমণের উচ্চ ঝুঁকি নির্দেশ করে।

উপসংহার

এই গবেষণায় পূর্ব চীনের রোগাক্রান্ত শূকর থেকে বিচ্ছিন্ন এসচেরিচিয়া কোলাই-তে ব্যাপক বহু-ঔষধ প্রতিরোধ ক্ষমতা (শেষ-লাইনের ওষুধ সহ) পাওয়া গেছে। মূল প্রতিরোধ জিন, mcr-1/mcr-3/tet(X4), একটি জটিল প্লাজমিড (IncI2/IncHI2 টাইপ) এর মাধ্যমে স্থানান্তরিত হয়েছিল। এটি নিশ্চিত করে যে প্লাজমিডগুলি ড্রাগ প্রতিরোধের স্থানান্তরের মূল ভেক্টর এবং প্রাণী থেকে মানুষ ও পরিবেশে ড্রাগ-প্রতিরোধী ব্যাকটেরিয়ার বিস্তার রোধ করার জন্য অবিলম্বে হস্তক্ষেপের আহ্বান জানায়।