Как больничный патоген Acinetobacter baumannii быстро адаптируется к новым условиям

Ежегодно в Европе более 670 000 человек заболевают из-за устойчивых к антибиотикам патогенов, и 33 000 умирают от этих инфекций. Особенно опасны патогены с устойчивостью ко многим или даже ко всем известным антибиотикам. Один из них — бактерия Acinetobacter baumannii, известная сегодня как «больничный супермикроб».

По оценкам, до 5% всех внутрибольничных инфекций и десятая часть всех смертельных бактериальных инфекций связаны именно с этим патогеном. Это ставит A. baumannii на первое место в списке патогенов, для которых, по данным Всемирной организации здравоохранения (WHO), срочно необходимы новые методы лечения.

Понимание характеристик, делающих A. baumannii патогеном, — одно из условий для этого. С этой целью биоинформатики под руководством профессора Инго Эберсбергера из Университета Гёте во Франкфурте и LOEWE Центра трансляционной геномики биоразнообразия (LOEWE-TBG) сравнивают геномы и кодируемые в них белки у широкого спектра различных штаммов Acinetobacter.

Выводы о том, какие гены способствуют патогенности, можно сделать, в первую очередь, из различий между опасными и безвредными штаммами.

Из-за отсутствия подходящих методов соответствующие исследования до сих пор концентрировались на том, присутствует ли ген в бактериальном штамме или нет. Однако это упускает из виду тот факт, что бактерии могут приобретать новые характеристики, модифицируя существующие гены и, следовательно, кодируемые ими белки.

Поэтому команда Эберсбергера разработала биоинформатический метод для отслеживания модификации белков вдоль эволюционной линии и впервые применила его к Acinetobacter в сотрудничестве с микробиологами из Института молекулярных биологических наук и Института медицинской микробиологии и контроля инфекций Университета Гёте во Франкфурте. Исследование опубликовано в журнале PLOS Genetics.

В процессе исследователи сосредоточились на волосовидных клеточных выростах, известных как пили типа IVa (T4A), которые широко распространены у бактерий и используются для взаимодействия с окружающей средой. Тот факт, что они присутствуют у безвредных бактерий, а с другой стороны, были идентифицированы как ключевой фактор вирулентности некоторых патогенов, позволяет предположить, что пили T4A неоднократно приобретали новые характеристики, связанные с патогенностью, в ходе эволюции.

Исследовательская группа показала, что белок ComC, который находится на кончике пилей T4A и необходим для их функции, демонстрирует заметные изменения в группе патогенных штаммов Acinetobacter. Даже разные штаммы A. baumannii имеют разные варианты этого белка. Это заставляет биоинформатика Эберсбергера сравнить пили T4A с многофункциональным садовым инструментом, где рукоятка всегда одинакова, а насадки взаимозаменяемы.

«Таким образом, за короткие эволюционные промежутки времени могут быть достигнуты радикальные функциональные модификации, — говорит Эберсбергер. — Мы предполагаем, что бактериальные штаммы, различающиеся по своим пилям T4A, также по-разному взаимодействуют с окружающей средой. Это может определять, например, в какой части человеческого тела поселится патоген».

Цель — использовать эти знания о неожиданно высоком разнообразии внутри патогена для улучшения лечения инфекций, вызванных A. baumannii. Как объясняет Эберсбергер: «На основе наших результатов можно разработать персонализированные терапии, адаптированные к конкретному штамму патогена».

Однако исследование Эберсбергера и его коллег также показывает кое-что еще: предыдущие исследования сравнительной геномики A. baumannii, предположительно, раскрыли лишь верхушку айсберга. «Наш подход значительно продвинулся в разрешении поиска возможных компонентов, характеризующих патогены», — говорит Эберсбергер.