Смертельные бактерии могут имитировать человеческие белки для развития устойчивости к антибиотикам

Согласно новому исследованию Института трансляционных геномных исследований (TGen), смертельные бактерии могут развивать устойчивость к антибиотикам, имитируя человеческие белки.

Этот процесс "молекулярной мимикрии" может объяснить, почему бактериальные патогены человека, многие из которых раньше легко лечились антибиотиками, в последние годы вновь появились как высокоинфекционные угрозы для общественного здоровья. Исследование опубликовано 26 мая в журнале Public Library of Science (PLoS) One.

"Эта мимикрия позволяет бактериям уклоняться от защитных реакций хозяина, обходя нашу иммунную систему", — сказала доктор Миа Чемпион, доцент Отдела геномики патогенов TGen и автор исследования.

Используя геномное секвенирование, исследование выявило несколько семейств белков метилтрансфераз, которые очень похожи у филогенетически далеких бактериальных патогенов человека. Эти белки также были обнаружены у хозяев, таких как человек, мышь и крыса.

Исследователи обнаружили метилтрансферазу в патогене Francisella tularensis subspecies tularensis, наиболее вирулентной форме франциселлы. Даже одна клетка может быть смертельной. Метилтрансфераза является потенциальным фактором вирулентности этого патогена, вызывающего туляремию. Это инфекция, распространенная среди диких грызунов, особенно кроликов, которая может передаваться человеку через укусы, прикосновение, употребление зараженной пищи или воды или даже при вдыхании бактерий. Болезнь тяжело протекает и может быть смертельной без лечения.

Похожие белки метилтрансферазы обнаружены и в других высокоинфекционных бактериях, включая патоген Myobacterium tuberculosis, вызывающий туберкулез — болезнь, от которой ежегодно умирает более 1 миллиона человек. Исследование также выявило различные подтипы метилтрансфераз в человеческих патогенах, таких как Coxiella, Legionella и Pseudomonas.

В целом эти бактериальные патогены считаются "высококлональными", что означает очень схожий общий генный состав каждого вида. Однако, как отмечается в исследовании, "эволюция патогенных видов бактерий от непатогенных предков... отмечена относительно небольшими изменениями в общем генном составе".

Геномные сравнения проводились с несколькими штаммами бактерий, а также с растениями и животными, включая человека. Белок метилтрансфераза также оказался имеющим ортолог (аналогичный аналог) в ДНК человека. Хотя общая последовательность ортологов очень похожа, исследование идентифицирует белковый домен, несущий различные аминокислотные вариации, присутствующие у разных организмов.

"В совокупности данные свидетельствуют о роли белка Francisella tularensis в механизме молекулярной мимикрии. При заражении бактериальные патогены вбрасывают в человеческие макрофаги более 200 белков, называемых 'эффекторными белками'. Поскольку эти белки так похожи на человеческие, они имитируют их и позволяют вмешиваться в иммунный ответ организма, тем самым защищая патоген", — пояснила доктор Чемпион.

"Эти результаты не только дают представление об эволюции вирулентности у Francisella, но и имеют более широкие последствия в отношении молекулярных механизмов, опосредующих отношения хозяин-патоген", — добавила она.

Выявление небольших различий между белками патогена и человека с помощью полногеномных наборов данных нового поколения (Next Generation) может помочь в разработке молекулярных мишеней для создания новых лекарственных препаратов.