Что делает бактериальный вид способным вызывать болезни у человека?

Международная команда учёных под руководством исследователей из Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего и Института Крейга Вентера (JCVI) провела первое всестороннее геномное сравнение всех 20 известных видов бактерий рода Leptospira, которые могут вызывать болезни и гибель домашнего скота, диких животных и людей.

Результаты опубликованы 18 февраля в онлайн-выпуске PLOS Neglected Tropical Diseases. Анализ выявил новые адаптации и признаки у патогенных видов Leptospira, которые не только проясняют их эволюционную историю, но и могут помочь в разработке новых методов профилактики и лечения. Данные получены от репрезентативных штаммов Leptospira из четырёх международных лабораторий, изолированных в 12 странах.

"Leptospira — самый сложный род бактерий, заражающих человека", — заявил Джозеф М. Винетц, профессор медицины. Эта работа сравнивает полные геномные последовательности всех известных видов Leptospira, чтобы обнаружить, какие гены делают эту бактерию патогеном. Она служит дорожной картой для будущих исследований, включая поиск новых способов диагностики и разработку вакцин.

Проект инициировал и возглавил первый автор Деррик Фаутс из JCVI: "Биоинформатические инструменты созрели до такой степени, что мы теперь можем найти пресловутую 'иголку в стоге сена' — гены и пути, уникальные для патогенных микробов".

Некоторые виды Leptospira неинфекционны и питаются мёртвой органической материей. Другие — инфекционны. У заражённых людей болезнь может протекать бессимптомно, вызывать лёгкие гриппоподобные симптомы или тяжёлое поражение печени, почек, ЦНС и смерть. Глобально лептоспироз — важнейшее бактериальное заболевание, передающееся от животных людям, с более чем 1 млн случаев и 60 000 смертей ежегодно.

Примеры специфических черт патогенных Leptospira, выявленных в исследовании:

• Обнаружение белков, уникальных для патогенных Leptospira, что ускорит разработку вакцин для людей, собак и скота.
• Ключевые адаптации к млекопитающим, например, биосинтез сиаловой кислоты — типа сахара, позволяющего бактериям "прятаться" в организме.
• Приобретение способности синтезировать витамин B₁₂ из простого аминокислотного предшественника, чего не могут неинфекционные виды.

"Одно из увлекательных открытий — обнаружение генетического аппарата CRISPR-Cas только у патогенных Leptospira. Его эволюционное приобретение, вероятно, ускорило адаптацию к заражению человека", — сказал Винетц.

Следующим шагом станет использование этой геномной информации для разработки вакцин и диагностики, а также для понимания механизмов патогенеза болезни.