Энтерококки - кишечные микробы большинства наземных животных.
Вероятно, впервые появившись в кишечнике членистоногих, когда они перебрались на сушу, энтерококки диверсифицировались в течение сотен миллионов лет, приспосабливаясь к эволюционирующим хозяевам и их рациону. В настоящее время известно более 60 видов энтерококков. Два вида, Enterococcus faecalis и Enterococcus faecium, являются распространенными компонентами микробиома человека. Они также являются ведущими причинами госпитальных инфекций с множественной лекарственной резистентностью.
Основа ассоциации энтерококков с хозяином неизвестна. Чтобы начать выявление признаков, определяющих ассоциацию хозяев, мы изучили 886 штаммов энтерококков из самых разных мест обитания, экологии и географических зон. В результате было выявлено 18 ранее не описанных видов, что расширило разнообразие рода на >25%. Эти виды несут в себе разнообразные гены, включая токсины и системы детоксикации и приобретения ресурсов. Enterococcus faecalis и E. faecium были выделены из различных хозяев, что подчеркивает их универсальные свойства. Большинство других видов имели более ограниченное распространение, что свидетельствует о специализированной ассоциации с хозяевами.
Расширение видового разнообразия позволило рассмотреть филогению рода Enterococcus с беспрецедентным разрешением, что дало возможность выявить признаки, различающие четыре глубоко укоренившихся клада, и сопоставить с филогенией гены, связанные с расширением ареала, такие как биосинтез витамина В и жгутиковая подвижность. Эта работа дает возможность получить глубокое представление о роде Enterococcus, включая понимание его эволюции, потенциальных новых угроз для здоровья человека и вероятных мест обнаружения дополнительного разнообразия энтерококков.
Энтерококки - необычайно выносливые и устойчивые в окружающей среде микробы. Эта необычная жизнестойкость, по-видимому, способствовала их распространению среди членистоногих, а затем и четвероногих, когда животные начали колонизировать сушу, а теперь способствует распространению резистентных к антибиотикам энтерококков в медицинских учреждениях. Вероятно, благодаря своему появлению на заре наземной жизни, энтерококки являются одними из наиболее распространенных представителей микробиома кишечника у наземных животных - от беспозвоночных до человека. Их встречаемость у животных, сильно различающихся по физиологии кишечника, рациону питания и социальным привычкам, дает уникальную возможность изучить, как разнообразный жизненный цикл хозяина влияет на состав микробиома.
Первые исследования, проведенные в 1960-х и 1970-х годах Мундтом и его коллегами, позволили получить первые доказательства широкого распространения энтерококков среди различных хозяев, включая млекопитающих и птиц, насекомых и животных, обитающих в окружающей среде. Однако в то время род Enterococcus еще не был признан отличающимся от рода Streptococcus и был разделен на виды с низким разрешением с помощью небольшого числа метаболических тестов. Хотя было обнаружено разнообразие энтерококков, неспособность точно оценить видовые и штаммовые различия ограничивала возможность связать четко определенные виды энтерококков с конкретными хозяевами. В настоящее время геномика предоставляет инструмент высокого разрешения, позволяющий выявлять различия между видами микробов из разных хозяев и количественно оценивать степень их дивергенции.
Целью настоящего исследования было широкомасштабное обследование Земли на наличие энтерококков из различных хозяев, географических зон и сред, чтобы получить первое приближение к разнообразию видов на планете и сравнить содержание и степень дивергенции их геномов для достижения более широкой цели - понимания механизмов, определяющих ассоциацию с определенными хозяевами. Для достижения этих целей были собраны и таксономически идентифицированы на уровне последовательностей ДНК 430 энтерококков из 381 образца животных, а также 456 энтерококков, выделенных авторами из различных источников, что позволило создать коллекцию из 886 изолятов. Геномы штаммов, демонстрирующих разнообразие последовательностей, позволяющее предположить их отдаленное родство с какими-либо известными видами, были затем полностью секвенированы. Это позволило выявить 18 ранее не описанных видов Enterococcus и 1 новый вид предков, относящихся к роду Vagococcus.
Наше исследование выявило важную генетическую новизну у различных энтерококков, включая множество генов с неизвестной функцией, которые еще предстоит изучить. Среди этих генов мы ранее сообщали об идентификации совершенно нового класса токсина ботулинического типа, кодируемого плазмидой, которая была обнаружена у E. faecium, выделенного из кишечника коровы, а также нового класса порообразующих токсинов, отдаленно связанных с дельта-токсинами клостридий, в штаммах E. faecalis, E. faecium и E. hirae, выделенных от домашних животных, трех наиболее часто встречающихся в данном исследовании представителей общего вида, что имеет значение для здоровья человека. Расширение этого поиска в настоящее время более обоснованным и направленным образом прояснит масштабы генетического разнообразия энтерококков и потенциальные источники и пути передачи генов резистентности к антибиотикам, обеспечивая понимание основы ассоциации хозяев с этим важным классом микроорганизмов.
Данное исследование выявило новые особенности, связанные с распространением видов, и свидетельствует о том, что огромное генетическое разнообразие Enterococcus еще предстоит изучить.
