Безвредная или смертельная? Изучение эволюции E. coli
Генетический материал бактерий E. coli от сельскохозяйственных животных может способствовать эволюции смертельно опасных пандемических штаммов E. coli у людей, показывают новые исследования.
E. coli обычно живут как безвредные бактерии в желудочно-кишечном тракте птиц и млекопитающих, включая человека. Они также существуют независимо от хозяина в окружающей среде, такой как вода и почва, и в пищевых продуктах, включая мясо курицы и индейки, сырое молоко, говядину, свинину и смешанные салаты.
Эти бактерии могут вызывать заболевания, если они обладают или приобретают факторы, позволяющие им выживать в областях человеческого тела вне кишечника.
E. coli является основной причиной инфекций мочевыводящих путей, частой причины госпитализаций. Она также может привести к сепсису, от которого ежегодно умирает 11 миллионов человек в мире, и менингиту — инфекции, поражающей головной и спинной мозг.
Доктор Кэмерон Рейд из Технологического университета Сиднея заявил, что целью исследования, недавно опубликованного в Nature Communications, было лучше понять эволюцию и геномные характеристики возникающего штамма E. coli, известного как ST58.
ST58 был выделен из инфекций кровотока у пациентов по всему миру, включая Францию, где количество инфекций, вызванных этим штаммом, удвоилось за 12-летний период. ST58 также более устойчив к лекарствам, чем другие штаммы.
«Наша команда проанализировала геномы E. coli ST58 из более чем 700 человеческих, животных и экологических источников по всему миру, чтобы найти ключи к разгадке, почему он становится причиной сепсиса и инфекций мочевыводящих путей», — сказал доктор Рейд.
«Мы обнаружили, что E. coli ST58 от свиней, крупного рогатого скота и кур содержат фрагменты генетического материала, называемые плазмидами ColV, которые характерны для этого штамма болезнетворной E. coli», — пояснил он.
Плазмиды — это крошечные двухцепочечные молекулы ДНК, отдельные от бактериальной хромосомы, которые могут реплицироваться независимо и передаваться между разными штаммами E. coli, способствуя эволюции вирулентности.
Исследование предполагает, что приобретение плазмид ColV может подготовить штаммы E. coli к возникновению внекишечных инфекций у людей, а также увеличить вероятность устойчивости к противомикробным препаратам.
«Зооноз, особенно в отношении E. coli, не следует рассматривать просто как передачу патогена от животного человеку», — сказал соавтор исследования профессор Стивен Джорджевич.
«Скорее, его следует понимать как сложное явление, возникающее из обширной сети взаимодействий между группами E. coli (и других бактерий) и селективных давлений, с которыми они сталкиваются как у людей, так и у животных», — отметил он.
Результаты показывают, что все три основных сектора производства пищевых животных (крупный рогатый скот, куры и свиньи) выступили в качестве фона для эволюции и появления этого патогена.
«Вклад нечеловеческих источников в инфекционные заболевания человека обычно плохо изучен, и его потенциальная важность недооценивается, о чем свидетельствуют дебаты относительно экологического происхождения вируса SARS-CoV-2», — сказал доктор Рейд.
«В глобализированном мире, чрезвычайно восприимчивом к быстрому распространению патогенов, важность упреждающего управления микробными угрозами общественному здоровью невозможно переоценить».
Исследование имеет широкие последствия для политики общественного здравоохранения, охватывающей пищевую промышленность, ветеринарию и клиническую практику.
«До сих пор общественное здравоохранение в области инфекционных заболеваний было реактивной дисциплиной, где действия можно предпринять только после того, как патоген появился и нанес некоторый ущерб», — сказал доктор Рейд.
«В идеале, с появлением и широким внедрением технологии секвенирования генома, будущее общественное здравоохранение в области инфекционных заболеваний может перейти к преимущественно проактивной дисциплине, где системы геномного надзора смогут прогнозировать появление патогенов и информировать об эффективных вмешательствах».
Доктор Рейд отметил, что для работы такой системы необходимы постоянные исследования и сотрудничество с правительством, органами общественного здравоохранения, производителями продуктов питания и клиницистами, и она будет включать наблюдение за различными нечеловеческими источниками микробов.
«Это будет включать домашних и диких животных — особенно птиц — пищевые продукты, сточные воды и водные пути в рамках так называемого подхода «Единое здоровье». Некоторые микробы, такие как E. coli ST58, практически не знают барьеров между этими все более взаимосвязанными хозяевами и средами.
«Система геномного надзора за патогенами в рамках «Единого здоровья» станет революцией в общественном здравоохранении и во многом разрушит исторически антропоцентричные подходы, лишенные связи с окружающим нас миром».