世界各地的科學家如何應對下一次大流行

世界各地的科學家如何應對下一次大流行 Riccardo Mayer / Shutterstock.com

如果一個生活在印度或孟加拉國貧窮中的兩歲孩子因細菌感染而生病, 超過50% 抗生素治療失敗的機會。 孩子以某種方式已經獲得了抗生素抗性感染-甚至接觸了他們可能從未接觸過的藥物。 怎麼樣?

不幸的是,這個孩子還生活在清潔水少,廢物管理少的地方,使他們經常接觸糞便。 這意味著它們定期暴露於數百萬種抗性基因和細菌中,包括潛在的 無法治癒的超級細菌。 這個悲傷的故事令人震驚地普遍,尤其是在污染猖and而淨水有限的地方。

多年來,人們認為細菌的抗生素耐藥性主要是由於在臨床和獸醫環境中不慎使用抗生素引起的。 但 證據越來越多 表明環境因素可能對傳播的影響同等或更重要 抗生素耐藥性,尤其是在發展中國家。

在這裡,我們著重於抗生素抗藥性細菌,但其他種類的微生物也有抗藥性,例如病原性病毒,真菌和原生動物的抗藥性(稱為抗微生物藥性或AMR)。 這意味著我們對各種傳染病的治療能力越來越受到耐藥性的阻礙,其中可能包括冠狀病毒,如SARS-CoV-2,它會導致COVID-19。

總體而言,顯然必須減少抗生素,抗病毒藥和抗真菌藥的使用,但是在世界大多數地方,改善水,衛生條件和衛生習慣(一種稱為WASH的做法)也至關重要。 如果我們能夠確保到處都有更乾淨的水和更安全的食物,那麼抗抗生素細菌的傳播將在整個環境中減少,包括在人與動物之間以及動物與動物之間。

As 關於AMR的最新建議 聯合國糧食及農業組織(FAO),世界動物衛生組織(OIE)和世界衛生組織(WHO)的建議表明,戴維做出貢獻的“超級細菌問題”將無法更審慎地解決。單獨使用抗生素。 它還需要全球改善水質,環境衛生和個人衛生。 否則,下一次大流行可能會比COVID-19更為嚴重。

世界各地的科學家如何應對下一次大流行 未經處理的污水。 Joa Souza / Shutterstock.com


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細菌在壓力下

要理解抵抗問題,我們必須回到基礎。 什麼是抗生素抗性,為什麼會發展?

暴露於抗生素會給細菌帶來壓力,並且像其他生物一樣,細菌也能自我保護。 細菌通過共享和獲取防禦基因來做到這一點,這些防禦基因通常來自其環境中的其他細菌。 這使它們能夠快速變化,從而很容易獲得製造蛋白質和其他分子的能力,從而阻止抗生素的作用。

這個 基因共享過程 是自然的,是推動發展的重要因素。 但是,隨著我們使用更強大,更多樣化的抗生素,新的,更強大的細菌防禦方法已經發展起來,使某些細菌幾乎對所有細菌都具有抵抗力-最終結果是無法治癒的超級細菌。

存在抗藥性 自生活開始,但最近由於人類使用而加速。 當您服用抗生素時,它會在感染部位殺死大多數目標細菌,因此您會好起來。 但是抗生素並不能殺死所有細菌,有些是天然抗藥性的。 其他人則從他們的微生物鄰居那裡獲得抗性基因,尤其是在我們的消化系統,喉嚨和皮膚上。 這意味著某些抗藥性細菌總是可以生存,並且可以通過對糞便的處理不充分而傳播到環境中,從而使抗藥性細菌和基因傳播更廣。

製藥行業最初通過開發新的更強的抗生素來應對不斷增加的耐藥性,但是細菌迅速發展,甚至新的抗生素也很快失去了功效。 結果,新的抗生素的開發幾乎停止了,因為它獲得了 利潤有限。 同時,對現有抗生素的抗藥性持續增加,這尤其影響到 水質和衛生條件差.

這是因為在發達國家,您排便,大便便掉進廁所,最終從下水道流到社區廢水處理廠。 儘管處理廠並不完美,但它們通常會降低99%以上的抗藥性,從而大大降低釋放到環境中的抗藥性。

世界各地的科學家如何應對下一次大流行 現代污水處理廠去除了大多數AMR微生物。 但是,目前在世界上大部分地區,人們負擔不起。 People Image Studio / Shutterstock.com

相反,在 世界的70% 沒有社區廢水處理甚至下水道; 大部分含有抗性基因和細菌的糞便通常通過明渠直接進入地表和地下水。

這意味著,生活在沒有糞便處理的地方的人們經常以多種方式受到抗生素耐藥性的影響。 像我們在南亞的孩子一樣,未使用抗生素的人甚至可能接觸藥物。

通過糞便傳播

抗生素耐藥性無處不在,但耐藥性不足為奇 是最偉大的 在衛生條件差的地方,因為使用以外的其他因素很重要。 例如,分散的民用基礎設施,政治腐敗和缺乏集中式醫療保健也起著關鍵作用。

也許有人會憤世嫉俗地認為“外來”抗藥性是一個本地問題,但抗生素抗藥性的傳播卻沒有界限–超級細菌可能由於污染而在一個地方發展,但由於國際旅行而成為全球性細菌。 丹麥研究人員比較了長途飛機廁所中的抗生素抗性基因,發現 阻力架的主要區別 在飛行路線之間,這表明阻力會因旅行而跳躍傳播。

世界目前對SARS-CoV-2傳播的經驗表明,傳染原可以隨人類旅行而快速移動。 增強抗生素抗性的影響無異。 沒有可靠的抗病毒藥可用於SARS-CoV-2治療,如果我們允許不受限制地繼續抵抗,這就是當前可治療疾病的發展方向。

作為抗生素抗藥性的一個例子,“ superbug”基因blaNDM-1首先在 印度 在2007年(儘管可能在其他區域國家中也存在)。 但此後不久, 瑞典的住院病人 進而 在德國。 最終於2013年在斯瓦爾巴特群島檢測到 高北極。 在平行下, 變種 該基因的一部分出現在局部,但隨著它們的移動而進化。 類似的演變發生了 COVID-19病毒 已經傳播了。

相對於抗生素耐藥性,人類並不是唯一具有耐藥性的“旅行者”。 野生動物(例如候鳥)也可以從被污染的水或土壤中獲取抗藥性細菌和基因,然後從腸道內到水質較差的地方飛到長途,攜帶抵抗力到水質良好的地方。 在旅行過程中,它們會沿著小便排便,幾乎在任何地方都可能產生抵抗力。 食品的全球貿易還促進了抵抗力在一個國家和世界各地的傳播。

世界各地的科學家如何應對下一次大流行 抗性微生物不需要飛機旅行。 尼克·費文斯/ Unsplash, FAL

棘手的是,旅行帶來的阻力擴散通常是看不見的。 實際上,國際抵抗的主要途徑擴散了 很大程度上未知 因為許多途徑重疊,抵抗的類型和驅動因素多種多樣。

抵抗細菌並不是可能被環境污染傳播的唯一傳染原。 在糞便中發現了SARS-CoV-2,在污水中發現了非活性病毒碎片,但所有證據表明水是 不是主要路線 COVID-19的傳播-儘管衛生條件差的地方的數據有限。

因此,每種情況都不同。 但是,疾病傳播的普遍根源是:污染,水質差和衛生不足。 使用更少的抗生素對於降低耐藥性至關重要。 但是,如果在全球範圍內也無法提供更安全的衛生條件和改善的水質,抵抗力將繼續增加,有可能引發下一次大流行。 這種結合的方法對於WHO / FAO / OIE關於AMR的新建議至關重要。

其他類型的污染和醫院廢物

工業廢物,醫院,農場和農業也是抗生素耐藥性的可能來源或驅動因素。

例如,大約十年前,我們中的一個人(大衛)研究了古巴河流中的金屬污染, 發現 最高水平的抗性基因是在一個滲漏的固體廢物掩埋場附近,以及製藥廠的廢物進入河流的下方。 工廠釋放出明顯影響下游的抗性水平,但垃圾填埋場中的金屬與河流中的抗性基因水平最相關。

這樣做是有道理的,因為有毒金屬可以使細菌受壓,從而使細菌更堅固,順便使它們對包括抗生素在內的任何物質都更具抵抗力。 我們在金屬中看到了同樣的情況 中國垃圾填埋場 垃圾填埋場排水溝中的抗性基因水平與金屬而不是抗生素密切相關。

實際上,幾乎任何形式的污染都可以提高抗生素的抗藥性,包括金屬,殺生物劑,農藥和其他進入環境的化學物質。 許多污染物可以增強細菌的抗藥性,因此減少污染通常會有助於降低抗生素的抗藥性,其中一個例子就是減少金屬污染。

醫院也很重要,它是許多抗生素耐藥性的儲存庫和孵化器,包括眾所周知的耐藥細菌,例如耐萬古黴素的腸球菌(VRE)和耐甲氧西林的金黃色葡萄球菌(MRSA)。 雖然不一定要在醫院中獲得抗藥性細菌(大多數是從社區帶入的),但抗藥性細菌可以在醫院中富集,因為它們是人們重病,密切護理並經常提供“最後手段”的抗生素。 這樣的條件使得耐藥細菌更容易傳播,特別是由於使用的抗生素類型,超級細菌菌株更是如此。

醫院釋放的廢水也可能是一個問題。 最近的數據 研究表明,醫院污水中的“典型”細菌每個細胞攜帶的抗性基因比社區來源多五到十倍,尤其是細菌之間更容易共享的基因。 這是有問題的,因為這種細菌有時是超級細菌菌株,例如對 碳青黴烯類抗生素。 在沒有有效的社區廢水處理的地方,醫院廢物尤其令人擔憂。

抗生素耐藥性的另一個重要來源是農業和水產養殖。 獸醫護理中使用的藥物可能與人類醫學中使用的抗生素非常相似(有時相同)。 如此抵抗細菌和基因 被發現 在動物糞便,土壤和排水中。 鑑於動物產生 多四倍 在全球範圍內,糞便比人類大。

世界各地的科學家如何應對下一次大流行 提防小牛。 Annie Spratt / Unsplash, FAL

農業活動產生的廢物也可能特別成問題,因為廢物管理通常較複雜。 另外,由於更多地暴露於野生動植物,農業經營通常規模非常大且難以控制。 最後,抗生素耐藥性可以從農場動物傳播到農民再到食品工人,這在 最近的歐洲研究,這在本地範圍內可能很重要。

這些例子表明,污染通常會增加電阻的傳播。 但是這些示例還表明,主要驅動因素會根據您所在的位置而有所不同。 在一處,人類糞便污染的水可能會加劇耐藥性的擴散; 而另一種可能是工業污染或農業活動。 因此,當地條件是減少抗生素抗藥性擴散的關鍵,最佳解決方案因地而異–單一解決方案並不適合所有情況。

因此,由地方推動的國家行動計劃至關重要-新的 世衛組織/糧農組織/世界動物衛生組織的指導 強烈建議。 在某些地方,行動可能集中在醫療保健系統上。 然而,在許多地方,推廣更清潔的水和更安全的食物也至關重要。

簡單的步驟

很明顯,我們必須使用整體方法(現在稱為“一個健康”),以減少抵抗力在人,動物和環境中的傳播。 但是,在一個如此不平等的世界中,我們如何做到這一點? 現在人們公認,清潔水是聯合國2030年的一項人權 可持續發展議程。 但是,在一個地緣政治往往勝過當地需求和現實的世界中,我們如何才能獲得負擔得起的“全民清潔用水”?

全球衛生和衛生條件的改善應使世界 更接近解決抗生素耐藥性問題。 但是,這些改進應該僅僅是開始。 一旦在全球範圍內改善了衛生條件,由於更公平地獲得清潔水,我們對抗生素的依賴將下降。 從理論上講,清潔水和減少抗生素的使用將導致耐藥性下降。

這並非不可能。 我們知道肯尼亞的一個村莊,在那裡他們只是將供水移動到一個小山丘上,而不是靠近廁所。 還要求用肥皂和水洗手。 一年後,該村的抗生素使用量微不足道,因為很少有村民感到不適。 之所以成功,部分原因在於該村的偏遠地區和非常積極的村民。 但它表明,清潔水和改善衛生狀況可以直接轉化為減少抗生素的使用和抵抗力。

世界各地的科學家如何應對下一次大流行 印度哈里亞納邦的公共廁所。 Rinku Dua / Shutterstock.com

來自肯尼亞的故事進一步表明,簡單的行動可以成為減少全球抵抗的關鍵的第一步。 但是,必須在任何地方,在多個級別上採取此類行動,以解決全球問題。 這不是免費的,需要國際合作-包括重點的政治政策,規劃以及基礎設施和管理實踐。

一些志向良好的團隊嘗試提出新穎的解決方案,但是這些解決方案通常過於技術化。 西方的“現成的”水和廢水技術很少適合發展中國家使用。 它們通常過於復雜且成本高昂,但還需要維護,備件,操作技能和文化支持,才能實現可持續發展。 例如,在90%的人口沒有下水道的地方建造先進的活性污泥廢水處理廠是沒有道理的。

簡單更可持續。 作為一個明顯的例子,我們需要以一種廉價且在社會上可以接受的方式減少露天排便。 這是衛生基礎設施有限或未使用的地方的最佳即時解決方案,例如 印度農村。 毫無疑問,創新很重要,但是創新必須適合當地實際情況,以便有機會持續到未來。

強有力的領導和治理也至關重要。 抗生素耐藥性是 低得多 在腐敗少,治理強的地方。 在公共衛生支出較高的地方,抵抗力也較低,這意味著社會政策,社區行動和地方領導與技術基礎設施一樣重要。

我們為什麼不解決問題?

儘管存在抗藥性的解決方案,但缺乏科學與工程,醫學,社會行動和治理之間的整合合作。 儘管許多國際組織都承認問題的嚴重性,但統一的全球行動還不夠迅速。

有多種原因。 醫療保健,科學和工程學的研究人員很少與專家在同一頁面上 經常不同意 優先於預防抗生素耐藥性的優先事項–這混淆了指導。 不幸的是,許多抗生素抗性研究人員有時也會轟動他們的結果,只報告壞消息或誇大結果。

科學繼續揭示抗生素耐藥性的可能原因,這表明沒有單一因素驅動耐藥性的演變和擴散。 因此,需要一種將藥物,環境,衛生和公共衛生相結合的策略,以提供最佳解決方案。 世界各國政府必須一致行動,以達到聯合國可持續發展目標所規定的衛生條件。

富國必須與窮國合作。 但是,由於每個國家都不一樣,因此,抵抗運動應著眼於當地需求和計劃。 我們需要記住,抵抗是每個人的問題,所有國家都在解決問題中發揮作用。 從一些國家展示的COVID-19大流行中可以明顯看出這一點 值得稱讚的合作。 較富裕的國家應該進行投資,以幫助為較貧窮的國家提供適合當地的廢物管理方案,這些方案可以維持和維持。 這將比任何“未來廁所”技術產生更直接的影響。

關鍵是要記住,全球抗生素耐藥性危機並不是孤立存在的。 其他全球危機重疊了抵抗力; 例如氣候變化。 如果世界各地的衛生設施有限,氣候變暖和乾燥,則可能由於較高的暴露濃度而產生更大的抗生素抗性。 相反,如果在其他地方發生更大的洪水,則未經處理的糞便和其他廢物散佈在整個景觀中的風險將會增加,從而無限增加抗生素耐藥性暴露。

抗生素耐藥性也會影響抗COVID-19的戰鬥。 例如,重症患者COVID-19尤其是在ICU住院時,繼發細菌感染是常見的。 因此,如果此類病原體對關鍵的抗生素療法有抵抗力,它們將不會起作用並導致 死亡率較高.

無論背景如何,改善水,環境衛生和個人衛生必須是 阻止AMR的傳播,包括抗生素耐藥性,避免下次大流行。 在全球合作方面取得了一些進展,但努力仍然過於分散。 一些國家正在取得進展,而其他國家則沒有。

必須從與其他全球挑戰類似的角度看待抵抗,這是對人類生存和地球的威脅。 與應對氣候變化,保護生物多樣性或COVID-19一樣,需要全球合作以減少抗藥性的演變和擴散。 清潔水和改善衛生狀況是關鍵。 如果我們現在不一起工作,我們所有人將來都會付出更大的代價。

關於作者

David W Graham,生態系統工程教授, 紐卡斯爾大學 和Peter Collignon,傳染病與微生物學教授, 澳大利亞國立大學

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.


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