Генетика микробов: изменчивый патоген
Бактерия Helicobacter pylori связана с повышенным риском рака желудка и обладает высокой генетической изменчивостью. Новое исследование учёных из Университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене (LMU) изучает роль этого разнообразия на ранней стадии заражения взрослых людей.
По оценкам, около половины населения мира инфицировано H. pylori. Большинство первичных инфекций происходит в детстве. Часто она не вызывает явных симптомов, но может приводить к различным желудочно-кишечным проблемам. При хронической инфекции примерно 1% инфицированных заболевает раком желудка.
Одна из самых ярких черт патогена — широкий диапазон генетической изменчивости, делающий его высокоадаптивным. Новое исследование под руководством профессоров Себастьяна Зуэрбаума и Кристины Йозенханс из Института Макса фон Петтенкофера LMU показывает, что эта изменчивость проявляется уже в течение недель после первичного заражения. Работа опубликована в журнале mbio.
Исследователи использовали уникальные образцы, полученные в ходе испытания вакцины в сотрудничестве с коллегами из Института инфекционной биологии Макса Планка в Берлине. Взрослые добровольцы были инфицированы H. pylori. Через десять недель бактериальные образцы были взяты из двух разных областей желудка каждого участника, после чего инфекцию устранили антибиотиками.
Полные геномы одноклеточных изолятов из этих образцов были определены с помощью современных методов одномолекулярного секвенирования в реальном времени (SMRT) и сравнены с геномом штамма H. pylori, которым добровольцы были изначально инфицированы.
Результаты показали удивительную степень диверсификации бактериальных геномов за этот относительно короткий промежуток времени. Многие обнаруженные мутации находились в генах, непосредственно участвующих во взаимодействии патогена с клетками хозяина. Затронутые белки включали полипептиды, экспрессируемые на клеточной стенке бактерии, и транспортные белки её внешней мембраны. Это говорит о том, что определённые гены подвергаются положительному отбору, чтобы позволить бактерии использовать метаболиты, доступные в разных нишах слизистой оболочки желудка.
Помимо генетических мутаций (изменяющих продукты генов), авторы отметили различные эпигенетические изменения (изменяющие регуляцию генов) в бактериальной ДНК на ранней стадии инфекции. H. pylori обладает множеством ферментных систем, которые присоединяют метильные группы к специфическим последовательностям ДНК. Авторы идентифицировали 24 такие системы, и по крайней мере некоторые из них могут регулировать экспрессию наборов генов бактерии.
Эти результаты подтверждают идею, что изменения в продуктах генов и паттернах генной активности в первые недели и месяцы после первичной инфекции играют важную роль в адаптации бактерии и её закреплении в разных нишах желудка.