Анализ выявил ключевой ген для бактериальной инфекции

Бактериям необходимо избегать иммунной системы хозяина, чтобы успешно инфицировать его, размножаться и распространяться. В ходе эволюции хозяева (например, люди) развивают всё более сложную защиту, а бактерии — новые стратегии для её преодоления, что напоминает биологическую гонку вооружений.

Эта конкуренция привела к появлению устойчивых к антибиотикам бактерий, против которых существует мало или вообще нет эффективных методов лечения. Следовательно, существует всё более острая потребность в новых препаратах против таких бактерий.

Исследовательская группа из Университета Осаки дала новую надежду в борьбе с устойчивыми бактериями, выявив генетический фактор, важный для вирулентности Streptococcus pneumoniae. Эта бактерия вызывает сепсис, пневмонию и менингит, представляя серьёзную угрозу для глобального общественного здоровья. Команда использовала молекулярно-эволюционный анализ последовательностей генов, чтобы идентифицировать ген, который в значительной степени был защищён от мутаций в другие варианты. Это говорит о том, что ген важен для инфицирования и/или размножения этой бактерии.

В работе, опубликованной в журнале Communications Biology, команда сосредоточилась на генах, кодирующих белки, связывающие холин (choline-binding proteins, CBPs). Эти белки присутствуют на поверхности бактериальной клетки и взаимодействуют с иммунной системой хозяина.

«Мы проанализировали все кодоны в генах, кодирующих CBPs, и сравнили их уровни разнообразия, отражающие толерантность каждого гена к мутациям», — говорит Шигетада Кавабата. — «Мы обнаружили, что в гене cbpJ более 13% кодонов находились под действием отрицательного отбора. Это означает, что если бы мутации происходили в этих регионах, они снижали бы выживаемость бактерий и приводили к элиминации мутанта из популяции».

Это открытие побудило команду исследовать эффекты гена cbpJ. Они обнаружили, что когда мышей интраназально заражали диким типом или лишённым cbpJ S. pneumoniae, мыши с мутантными бактериями имели более высокую выживаемость и меньше бактерий в лёгких.

«Затем мы культивировали S. pneumoniae с дефицитом cbpJ с нейтрофилами в среде и обнаружили, что мутантные бактерии в целом были менее способны к выживанию; однако, когда нейтрофилы отсутствовали в среде, они на самом деле чувствовали себя лучше, чем бактерии дикого типа», — говорит ведущий автор Масая Ямагути. — «Это говорит о том, что cbpJ помогает бактериям избегать обнаружения и уничтожения нейтрофилами».

Тот факт, что ген cbpJ находится под строгим отрицательным селективным давлением, делает его особенно привлекательной мишенью для лекарств, поскольку это давление ограничивает вероятность появления устойчивых к препаратам мутантов. Это исследование также демонстрирует ценность молекулярно-эволюционного анализа для выявления новых мишеней для лекарств, в том числе среди факторов вирулентности пневмококка, особенно в сочетании с традиционными молекулярно-микробиологическими подходами.