Анализ патогена лошадей проливает свет на персистирующие инфекции

Исследование древнего патогена лошадей показало, что он претерпел масштабную замену популяции во время глобальных конфликтов конца XIX — начала XX веков. Это также помогло понять генетику низкого разнообразия и персистирующих инфекций, таких как ВИЧ и туберкулез.

В крупнейшем на сегодня исследовании бактерии Streptococcus equi, вызывающей заболевание мыт у лошадей, ученые были удивлены генетическим сходством 224 образцов, собранных по всему миру.

Первые записи о болезни датируются 1251 годом, поэтому ученые ожидали увидеть несколько различных бактериальных линий, диверсифицировавшихся за столетия. Однако, проследив геномы к общему предку, они обнаружили, что замена популяции произошла на рубеже XX века. В этот период лошадей со всего мира свозили вместе, и они несли высокие потери в серии глобальных конфликтов, включая Первую мировую войну, где на полях сражений погибло около 8 миллионов лошадей.

«Мобилизация и смешение лошадей в конфликтах, таких как Первая мировая война, создали идеальные условия для процветания Streptococcus equi», — говорит Саймон Харрис, первый автор из Института Сенгера. — «Это в сочетании с высокой смертностью среди лошадей и последующим интенсивным разведением, которое создало новую наивную популяцию хозяев, может объяснить, почему мы видим так мало разнообразия у современных штаммов Streptococcus equi».

Хотя потеря разнообразия могла бы считаться вредной для бактериальных популяций, Streptococcus equi ежегодно заражает более 20 000 лошадей только в Великобритании. Ученые полагают, что его успех обусловлен эволюционной нишей, которую он создал для себя в лошадях: сначала он вызывает острую инфекцию, а затем персистирует в организме животного годами, не проявляя видимых признаков.

Исследователи наблюдали распад генов в секвенированных персистирующих образцах — процесс, при котором бактерии теряют гены, ставшие бесполезными. В случае Streptococcus equi, живущего в одном хозяине долгое время, менее полезными стали гены, помогавшие распространяться на новых хозяев и обмениваться генетическим материалом с другими бактериями. Одновременно бактерия адаптировалась к среде в лошадях, научившись так эффективно уклоняться от иммунной системы, что более одного штамма могут заразить одну лошадь, а персистирующие бактерии способны реактивироваться, вызывая повторные периоды болезненного заболевания.

«Мыт — это тяжелое заболевание, вызывающее образование крупных абсцессов в голове и шее лошади, — объясняет Эндрю Уоллер, глава отдела бактериологии Фонда здоровья животных. — Данные, собранные в этом исследовании, позволят нам определить гены, которые помогают бактерии персистировать, распространяться и процветать в популяции лошадей. Мы надеемся, что эти гены станут эффективными мишенями для вакцины».

Способность Streptococcus equi адаптироваться к жизни в персистирующем состоянии внутри хозяина и при этом заражать новых лошадей зеркально отражает ситуацию с ВИЧ. Ученые предполагают, что в обоих случаях исходная генетическая последовательность, заразившая хозяина, чаще передается следующему хозяину. Затем бактерии или вирусы с этими «предковыми» последовательностями ДНК изменяются и адаптируются, чтобы персистировать в новом хозяине. По мнению исследователей, именно поэтому разнообразие в таких популяциях кажется столь низким.

Дальнейшие параллели можно провести между Streptococcus equi и бактерией, вызывающей туберкулез. Популяция бактерий, ответственных за это респираторное заболевание у людей, также имеет низкое разнообразие между пациентами, но способна быстро развивать устойчивость к антибиотикам внутри своего хозяина.

«Раскрытие сложной популяционной динамики Streptococcus equi проливает новый свет на балансирование между острой и персистирующей инфекцией, которое происходит у многих патогенов, — говорит Мэтью Холден, старший автор из Института Сенгера и Университета Сент-Эндрюса. — Эта коллекция полногеномных последовательностей Streptococcus equi не только дает надежду на эффективную вакцину против мыта, но и предоставляет нам полезную модель для понимания персистирующей инфекции у людей».