Факторы, лежащие в основе появления конкретных штаммов одного вида в качестве патогенов человека, остаются в основном загадочными.
Работа, опубликованная в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, посвящена возбудителю холеры Vibrio cholerae. В ней показано, что наиболее опасная форма холеры возникает благодаря специфической комбинации генов и аллельных вариантов, которые дают ей преимущество в кишечнике человека. Это исследование может проложить путь к новым стратегиям прогнозирования и предотвращения будущих вспышек холеры.
Проведя обширный анализ более 1 840 геномов V. cholerae, исследователи выявили одиннадцать различных филогенетических кластеров, причем пандемическая группа принадлежит к самому большому и находится в линии, общей со штаммами из окружающей среды. Полученные результаты свидетельствуют о том, что появление пандемических штаммов, ответственных за глобальные вспышки холеры, во многом зависит от приобретения уникальных модульных кластеров генов и аллельных вариаций, которые обеспечивают конкурентные преимущества при колонизации кишечника. Они действуют как нелинейные фильтры, которые не позволяют большинству штаммов из окружающей среды стать патогенами человека.
«В результате только небольшая группа штаммов Vibrio cholerae может вызывать холеру у людей, несмотря на огромное природное разнообразие этого вида», - объясняет ведущий автор исследования Марио Лопес. «Мы задались вопросом, почему только это небольшое меньшинство когда-либо вызывало пандемии». Исследование показывает, что возникновение пандемических клонов V. cholerae сдерживается специфическими генетическими узкими местами. Они требуют: генетического фона, предварительно адаптированного для вирулентности, приобретения ключевых кластеров генов, таких как CTXΦ и VPI-1, их организации в специфические модульные структуры и, наконец, наличия уникальных аллельных вариантов. «Только когда все эти элементы собираются вместе, штамм может превратиться в патоген, способный привести к пандемии», - объясняют исследователи.
Эти особенности отсутствуют у большинства экологических штаммов V. cholerae и, по-видимому, дают пандемическим клонам ключевое конкурентное преимущество: повышенную способность колонизировать кишечник человека. "Интересно, что генетические черты, позволяющие V. cholerae заражать людей, не приносят бактериям пользы в их естественной водной среде", - отмечает Лопес. В природе V. cholerae обычно живут свободно или в ассоциации с колониями цианобактерий, моллюсками или ракообразными.
«Наша аналитическая модель может быть применена к другим бактериям, обитающим в окружающей среде, чтобы понять, как патогенные клоны появляются из непатогенных популяций», - подчеркивает Лопес. "В целом, наши исследования дают представление о барьерах, связанных с появлением человеческих патогенов, и могут быть экстраполированы на изучение колонизации ниш и других сложных явлений".
