Биология чумы: Системный подход к изучению штаммов Yersinia

Когда чума — это не чума? Когда она вызвана другим штаммом той же бактерии. Ученые провели мульти-омиксный анализ двух штаммов бактерий рода Yersinia — высоколетального патогена и его менее вирулентной формы — чтобы понять, чем они отличаются. Они обнаружили, что разница в вызываемых заболеваниях связана с тем, как экспрессируются гены в обоих штаммах. В исследовании участвовали ученые из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, Института Крейга Вентера и Медицинского отделения Техасского университета.

Работа, представленная на обложке журнала Molecular BioSystems, является следующим шагом в изучении Yersinia pestis (YP), вызывающей чуму с высокой летальностью, и Yersinia pseudotuberculosis (YPT), кишечного патогена с умеренной летальностью. Бактерии очень похожи, но имеют видовые различия; молекулярные причины их различных исходов плохо изучены. Анализ команды показал, что уровни экспрессии генов и белков, связанных с вирулентностью и общих для обоих видов, были выше у YP, чем у YPT.

«Это говорит о том, что адаптация в регуляторной архитектуре YP, в дополнение к наличию уникального генетического материала, может способствовать его повышенной патогенности», — сказал ведущий автор исследования доктор Чарльз Ансонг.

Наличие последовательностей геномов нескольких штаммов Yersinia, включая YPT и как эпидемические, так и неэпидемические варианты YP, позволило изучить механизмы, ответственные за различия в патогенности. Ученым уже было известно, что все патогенные для человека штаммы Yersinia, включая YP и YPT, имеют почти идентичные гены в плазмидах, необходимые для вирулентности.

Эта работа демонстрирует полезность системного подхода, включающего множественные омиксные измерения и вычислительный анализ, для получения новых данных о биологии Yersinia; а также предоставляет важный ресурс для научного сообщества, изучающего Yersinia, который должен помочь понять резко различающуюся патогенность YP и YPT.

Ученые выращивали YPT и две формы YP при температурах, соответствующих среде хозяина, а затем отбирали пробы в течение 8-часового периода. Образцы анализировали с использованием мультигеномного микрочипа и масс-спектрометрических методов.

«Эта экспериментальная схема с использованием нескольких омиксных технологий была захватывающей, потому что позволила нам лучше понять механизмы, лежащие в основе различий между организмами, которые иногда называют "почти клональными"», — сказал биохимик PNNL доктор Джошуа Адкинс.

Новые факторы вирулентности, предсказанные в результате вычислительного анализа мульти-омиксных данных, будут проверены в моделях бубонной чумы на животных в последующих исследованиях. Они представляют собой очевидные новые терапевтические мишени, которые крайне необходимы в свете недавних сообщений о лекарственно-устойчивых штаммах Yersinia.