Меньше — значит больше: потеря генов способствует адаптивной эволюции пандемических бактерий

от

Исследование, [опубликованное](https://www.nature.com/articles/s41559-025-02827-z) в журнале Nature Ecology & Evolution, открывает удивительные эволюционные перспективы: иногда потеря генов, а не их приобретение, может помочь бактериальным патогенам выживать и процветать.

Группа учёных под руководством Хайме Мартинеса Уртаза из Департамента генетики и микробиологии Автономного университета Барселоны (UAB), Янга Чао и Фалуша Даниэля из Шанхайского института иммунитета и инфекций Китайской академии наук, а также Ван Хуэй из Шанхайского университета Цзяо Тун провела исследование.

Когда мы думаем об эволюции, мы часто представляем себе, как организмы изменяются или приобретают [новые гены](https://phys.org/tags/new+genes/) для адаптации, например, отращивают крылья, развивают устойчивость или приобретают новое поведение. Однако в этом исследовании учёные пошли по менее известному и редко изучаемому эволюционному пути — пути потери генов.

Исследование было посвящено Vibrio parahaemolyticus — бактерии, вызывающей многие инфекции, связанные с морепродуктами, по всему миру, в основном те, что связаны с болезнями пищевого происхождения, а также причиной инфекций при контакте морской воды с открытыми ранами.

В частности, исследователи изучили пандемического клона бактерии, состоящего из нескольких подтипов или штаммов. Этот расширяющийся клон в основном присутствует в Азии, где он был впервые обнаружен в 1996 году в Японии, а значительные вспышки были впоследствии зарегистрированы на западном побережье США и в некоторых странах Латинской Америки, таких как Чили, Перу и Мексика. В Испании он был впервые обнаружен в 2004 году в Галиции, где вызвал вспышку гастроэнтерита, затронувшую восемьдесят человек.

Изучая эволюцию этого патогена, исследователи заметили, что разные подтипы бактерий со временем как бы заменяют друг друга, подобно волнам в океане. В конце концов, доминирующий тип, названный Wave-4, взял верх и вызвал большинство инфекций у людей. Эта динамика была похожа на то, как варианты COVID-19 (альфа, дельта, омикрон) заменяли друг друга во время пандемии.

Благодаря анализу генетического кода Wave-4 исследователи обнаружили, что доминирование этого штамма обусловлено не новым геном или мутацией, а потерей определённых генов.

Группа генов, потерянных Wave-4, участвует в использовании путресцина — небольшой молекулы, обнаруженной в окружающей среде и в кишечнике человека. Без этих генов бактерии получили преимущества в двух ключевых областях:
* в выживании в окружающей среде, поскольку они могли образовывать более устойчивые биоплёнки, которые защищают бактерии от стресса и облегчают их прикрепление к поверхностям, позволяя им выживать во время длительных путешествий из одной точки планеты в другую;
* в передаче инфекции человеку, легче прикрепляясь к клеткам человека и эффективнее колонизируя кишечник.

Потеря генов также приводит к ослаблению бактериальных инфекций. Это подтверждает эволюционную идею, известную как гипотеза компромисса вирулентности. Патогены, которые слишком смертоносны (высокая вирулентность), могут слишком быстро убить своего хозяина и таким образом не смогут распространиться. Напротив, патогены, которые соблюдают баланс между вредом и распространением, такие как сезонный грипп, со временем могут стать более успешными. Этот компромисс может объяснить, почему Wave-4 стал таким доминирующим.

В исследовании учёные также обнаружили подобную потерю генов у других видов бактерий, таких как Vibrio cholerae и Escherichia coli, что также привело к усилению биоплёнок и большей клеточной адгезии. Это указывает на случай конвергентной эволюции, которая происходит, когда разные организмы независимо развивают схожие черты, потому что они сталкиваются с похожими проблемами.

По словам учёных, потеря генов может быть распространённым, мощным и недооценённым механизмом адаптации у бактерий.

«Долгое время потеря генов считалась своего рода биологическим распадом, — говорит Янг Чао. — Но наше исследование показывает, что это может быть совсем наоборот — умный эволюционный ход. В нашем модельном виде потеря, а не приобретение генов сделала патоген более успешным».

Выводы исследования проливают свет на загадку, которая не была решена в течение последних 30 лет, связанную с глобальным распространением V. parahaemolyticus. И это стало возможным благодаря объёму доступных данных: учёные работали с набором крупномасштабных геномных данных со всего мира, включая 8600 геномов, представляющих шесть континентов и 34 страны.

Исследование предоставляет «наиболее полное геномное представление о происхождении и эволюции пандемического клона V. parahaemolyticus и позволяет сделать вывод об истории его географической передачи», — говорит профессор генетики UAB Мартинес Уртаза.

Предоставлено Автономным университетом Барселоны.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте