Ученые проанализировали более 2 000 изолятов Enterococcus faecalis — симбиотической кишечной бактерии, способной вызывать резистентные внутрибольничные инфекции.
Было показано, что последний общий предок госпитальных штаммов этой бактерии появился в середине 19 века, а устойчивость к антибиотикам возникла в 1960-х годах.
Госпитальные штаммы бактерий успешно размножаются в больничной среде, полной антибиотиков и дезинфектантов, и вызывают резистентные инфекции у пациентов. До сих пор было неясно, каким образом они завоевывают новую экологическую нишу. Идут ли бактерии по пути универсализма — широкой приспособленности к разным средам, энергозатратной для них, или же специализируются на одной среде?
Международная группа ученых проанализировала эволюционную историю симбиотической кишечной бактерии Enterococcus faecalis с 1936 года до настоящего времени. Для этого ученые секвенировали геномы около 2027 изолятов E. faecalis, хранящихся в коллекциях Нидерландов, Испании и Португалии. Изоляты были получены из образцов фекалий животных и здоровых людей, а также крови госпитализированных пациентов.
Оказалось, что E. faecalis не формируют субпопуляций, характерных для отдельных видов животных. Даже изоляты от госпитализированных пациентов и птиц не кластеризовались в различные группы. Такой универсализм проявляется и в большой доле общих для разных штаммов генов (13%). Эти гены в среднем занимают 76% генома. Размер генома и плазмид оставался также практически неизменным для изолятов различного происхождения. Некоторые штаммы, в том числе больничные, даже теряли плазмиды, хотя с последними часто связывают приобретение антибиотикорезистентности.
Анализ изменения геномов показал раннее появление генов антимикробной устойчивости: самый первый был обнаружен в изолятах 1960 года, а в изоляте 1962 года ученые выявили кластеры плазмидных генов, связанных с резистентностью к ртути и мышьяку, причем эти гены сохранялись в образцах, отобранных в разных странах в разное время.
Появление большинства генов, связанных с госпитальными инфекциями, ученые отнесли к 1928 году. В основном, такие гены ассоциированы с мобильными элементами генома, плазмидами и бактериофагами. Молекулярное датирование показало, что последний общий предок госпитальных штаммов E. faecalis существовал уже в середине 19 века, задолго до появления современной больничной системы.
Авторы работы также выяснили, что геном больничных штаммов очень пластичен: в нем присутствуют «горячие точки» рекомбинации, часто связанные с фаговыми вставками или мобильными элементами. Образцы бактерий, полученные в одном и том же году и в одном и том же госпитале, демонстрируют очень широкую вариативность, в том числе различия в составе плазмид.
Таким образом, успех Enterococcus faecalis в специфической больничной среде связан со стратегией универсализма, адаптации к широкому спектру условий.
Профессор Джулиан Паркхилл, соавтор работы, опубликованной в Nature Communications и профессор кафедры ветеринарной медицины Кембриджского университета, отмечает:
«Это исследование показало, что больничные штаммы устойчивых к антибиотикам бактерий намного старше, чем мы думали ранее, и выявило их невероятные возможности. Метаболическая гибкость в сочетании с многочисленными механизмами, повышающими их выживаемость в суровых условиях, позволила им широко распространиться по всему миру».
