Учёные выяснили, как безвредные кишечные бактерии «становятся злыми»
Международная команда учёных определила, как безвредные кишечные бактерии E. coli у кур могут легко приобретать гены, необходимые для эволюции в опасную для жизни инфекцию. Их исследование, опубликованное в Nature Communications, предупреждает, что такие инфекции не только влияют на птицеводческую отрасль, но и потенциально могут передаваться людям.
E. coli — обычная бактерия, обитающая в кишечнике большинства животных, включая человека. Обычно она безвредна, пока остаётся в кишечнике, но может стать очень опасной, если попадёт в кровоток, вызывая системную инфекцию, которая может привести к смерти.
Патогенная для птиц E. coli (APEC) — наиболее распространённая инфекция у кур, выращиваемых на мясо или яйца. Она может привести к смерти в до 20% случаев и наносит многомиллионные убытки птицеводческой отрасли. Проблему усугубляет растущая антибиотикорезистентность, а инфекции также несут риск заболевания людей.
Учёные под руководством Центра эволюции Милнера в Университете Бата секвенировали и проанализировали полные геномы бактерий E. coli, обнаруженных у здоровых и инфицированных кур на коммерческих фермах, чтобы понять, почему и как эти обычно безобидные микробы могут стать смертоносными.
Они обнаружили, что не существует единого гена, ответственного за превращение безвредной бактерии в патогенную. Вместо этого это может быть вызвано несколькими комбинациями разнообразной группы генов.
Их результаты показывают, что все бактерии в кишечнике кур имеют потенциал приобрести гены, необходимые для превращения в опасную инфекцию, посредством процесса, называемого горизонтальным переносом генов.
Горизонтальный перенос генов позволяет бактериям получать новый генетический материал от других бактерий поблизости. Это может происходить путём поглощения молекул ДНК из мёртвых бактерий; обмена нитями ДНК посредством «бактериального секса»; или заражения вирусами, которые переносят ДНК от одной бактерии к другой.
Профессор Сэм Шеппард, руководивший исследованием, сказал: «Раньше мы думали, что E. coli становится патогенной, приобретая определённые гены от других микробов, часто упакованные в мобильные элементы, называемые плазмидами. Но наше исследование показало, что они могут «становиться злыми» просто подбирая гены из окружающей среды».
«Бактерии делают это постоянно внутри кишечника кур, но чаще всего подобранные гены вредны для бактерий, и это становится эволюционным тупиком. Однако в мире насчитывается 26 миллиардов кур, что составляет около 70% всей биомассы птиц на Земле. Это увеличивает вероятность того, что бактерии подберут гены, которые помогут им выжить и стать заразными или даже перейти на другой вид, чтобы заразить людей».
Авторы исследования подчёркивают необходимость мониторинга штаммов, которые с наибольшей вероятностью могут стать патогенными, чтобы лечить их до того, как они станут опасными.
Профессор Шеппард сказал: «Мы были удивлены, обнаружив, что APEC вызывает не один конкретный штамм, а любой штамм потенциально может приобрести «чудовищную комбинацию» генов, необходимых для превращения».
Штаммы с потенциалом стать патогенными можно выявлять с помощью метода, аналогичного тому, что используется для обнаружения вариантов Covid-19. После полного секвенирования генома можно использовать быстрые ПЦР-тесты для поиска конкретных генов, которые могут привести к инфекции APEC.
Профессор Шеппард добавил: «Мы определили около 20 генов, которые часто встречаются у патогенных микробов, и если мы сможем отслеживать эти ключевые гены в стаде птиц, это поможет фермерам выявлять этих носителей до того, как они вызовут проблему».