Эволюционная карта выявляет гены выживания бактерий
Крупнейшее на сегодня исследование механизмов адаптации распространённой бактерии Staphylococcus aureus к жизни на теле человека может помочь в профилактике, диагностике и лечении некоторых инфекций.
Исследователи из Института Сэнгера, Кембриджского университета, Института биомедицины Валенсии (IBV) и их коллеги проанализировали геномы тысяч изолятов S. aureus, культивированных из носа и кожи человека, чтобы определить, какие гены важны для адаптации и персистенции бактерий.
Опубликованное 13 января в Nature Communications, исследование использовало новый подход — анализ геномов бактерий от носителей-людей, чтобы выяснить, как они адаптируются в естественной среде. Это выявило ключевые мутации, позволяющие некоторым штаммам уклоняться от иммунной системы и становиться устойчивыми к антибиотикам.
Крупномасштабный генетический анализ обнаружил несколько генов и биологических путей, ранее не известных как участвующие в колонизации S. aureus.
Для полного понимания их роли в колонизации человека и возможности воздействия на эти пути в будущем для профилактики, диагностики или лечения инфекций, вызванных S. aureus, требуется дальнейшее изучение.
Бактерии, такие как S. aureus, часто колонизируют тело, не причиняя вреда. Этот вид обнаруживается в носу у до 30% населения мира, а также на коже или в кишечнике.
Однако у людей с ослабленным иммунитетом S. aureus может попасть в кровоток и вызвать инфекции — от лёгких кожных до тяжёлых, включая сепсис и пневмонию.
Это первое крупномасштабное генетическое исследование S. aureus на образцах от носителей-людей, а не в лабораторных условиях.
Международная команда проанализировала геномы более 7000 образцов S. aureus, полученных от более 1500 человек-носителей, чтобы выявить генетические изменения, возникшие в естественной среде.
С помощью вычислительного анализа были определены повторяющиеся генетические изменения, которые могли способствовать выживанию при колонизации человека.
Исследователи выявили изменения в генах, связанных с метаболизмом азота, что указывает на ключевую роль этого процесса для колонизации человека. Также обнаружены мутации в генах, влияющих на взаимодействие бактерий с клетками и иммунной системой человека.
Некоторые штаммы S. aureus имеют мутации в генах, регулирующих факторы, которые бактерии используют для уклонения от иммунной системы, что, возможно, указывает на стратегию её обхода.
Исследователи также предполагают, что некоторые бактериальные штаммы могут использовать факторы, секретируемые другими штаммами, для колонизации, не производя их сами — так называемые «клетки-обманщики» ('cheater' cells).
Кроме того, исследование подтвердило, что S. aureus приобретает мутации устойчивости к антибиотикам, таким как фузидиевая кислота, мупироцин и триметоприм.
В целом, это исследование раскрывает ключевые биологические процессы, которые S. aureus использует для выживания в человеке. Изучение эволюции и генетической адаптации бактерий в естественной среде может помочь улучшить профилактику, диагностику и лечение заболеваний.
Д-р Франсеск Колл: «Понимание реакции бактерий на антибиотики позволило выявить генетические изменения, обеспечивающие их выживание. Эти мутации можно использовать как диагностические маркеры, а также для разработки новых стратегий терапии и более рационального применения антибиотиков. Подобные исследования адаптации могут раскрыть механизмы уклонения от иммунитета и помочь в разработке новых вакцин».
Д-р Юэн Харрисон: «Наше исследование даёт новое детальное понимание того, как эти бактерии адаптируются и эволюционируют на генетическом уровне, чтобы выжить у своих носителей-людей. Мы надеемся, что дальнейшее изучение выявленных нами путей поможет улучшить профилактику, диагностику и лечение вызываемых ими инфекций».