Новое исследование проливает свет на одну из величайших загадок микробиологии: почему только определённые штаммы распространённых бактерий становятся патогенами, вызывающими пандемии.
Работа, опубликованная в Proceedings of the National Academy of Sciences, посвящена Vibrio cholerae — бактерии, вызывающей холеру. Исследование показывает, что наиболее опасная форма возникает из-за специфической комбинации генов и аллельных вариантов, которые дают ей преимущество в кишечнике человека. Эти открытия могут проложить путь к новым стратегиям прогнозирования и предотвращения будущих вспышек холеры.
Авторы исследования
Исследование проведено совместно с участием исследователя Университета Мигеля Эрнандеса в Эльче (UMH) Марио Лопеса Переса и профессора Сальвадора Альмагро-Морено из Детской исследовательской больницы Святого Иуды. В работе также приняли участие профессор UMH Хосе М. Аро Морено и аспирант-исследователь Алисия Кампос Лопес, связанные с кафедрой растениеводства и микробиологии.
Методы и результаты
В ходе обширного анализа более 1840 геномов V. cholerae исследователи выявили одиннадцать различных филогенетических кластеров, причём группа, вызывающая пандемии, принадлежит к самому большому и находится в пределах линии, общей со штаммами из окружающей среды.
Результаты показывают, что появление пандемических штаммов, ответственных за глобальные вспышки холеры, во многом зависит от приобретения уникальных модульных кластеров генов и аллельных вариаций, которые обеспечивают конкурентное преимущество во время колонизации кишечника. Они действуют как нелинейные фильтры, которые не позволяют большинству штаммов из окружающей среды стать патогенами для человека.
«В результате только небольшая группа штаммов Vibrio cholerae может вызывать холеру у людей, несмотря на обширное природное разнообразие вида», — объясняет исследователь UMH Марио Лопес, ведущий автор исследования. «Мы задались вопросом, почему только эта небольшая подгруппа когда-либо вызывала пандемии».
Исследование показывает, что появление пандемических клонов V. cholerae ограничено специфическими генетическими «бутылочными горлышками». Для этого необходимы:
* генетический фон, предварительно адаптированный к вирулентности;
* приобретение ключевых кластеров генов, таких как CTXΦ и VPI-1;
* их организация в определённые модульные структуры;
* наличие уникальных аллельных вариантов.
«Только когда все эти элементы объединяются, штамм может эволюционировать в патоген, способный вызвать пандемию», — объясняют исследователи.
Эти особенности отсутствуют у большинства штаммов V. cholerae из окружающей среды и, по-видимому, дают пандемическим клонам ключевое конкурентное преимущество: повышенную способность колонизировать кишечник человека.
«Интересно, что генетические признаки, которые позволяют V. cholerae инфицировать человека, не приносят пользы бактериям в их естественной водной среде», — отмечает Лопес. В дикой природе V. cholerae обычно живёт свободно или в ассоциации с колониями цианобактерий, моллюсками или ракообразными.
Холера
Холера эндемична в некоторых частях мира с плохой инфраструктурой водоснабжения, санитарии и гигиены. Вспышки также могут возникать после стихийных бедствий, нарушающих эти системы. Заболевание характеризуется внезапными, тяжёлыми эпизодами водянистой диареи, приводящей к быстрому обезвоживанию и, если не лечить, потенциально смерти.
«Наша аналитическая модель может быть применена к другим бактериям из окружающей среды, чтобы понять, как патогенные клоны возникают из непатогенных популяций», — подчёркивает Лопес.
Исследование также открывает путь к более точному мониторингу штаммов с пандемическим потенциалом — подход, который может быть весьма полезен для будущей готовности общественного здравоохранения.
Предоставлено Университетом Мигеля Эрнандеса в Эльче.