Исследователи из Немецкого центра исследований инфекционных заболеваний представили в журнале New England Journal of Medicine клинический случай, который позволяет по-новому взглянуть на эволюцию бактериальных патогенов и вводит понятие гетеровирулентности, то есть одновременного присутствия субпопуляций с разными уровнями вирулентности в рамках одной инфекции.
История болезни начинается с хронической инфекции мочевыводящих путей, вызванной Klebsiella pneumoniae — распространённым патогеном, вызывающим внутрибольничные инфекции. Однако впоследствии у пациента развился абсцесс головного мозга. Анализ показал, что помимо «классической» бактериальной популяции в моче пациента существовала вторая, значительно более вирулентная субпопуляция, которая также присутствовала в абсцессе головного мозга.
С помощью полногеномного секвенирования исследовательская группа продемонстрировала, что обе популяции имели общее происхождение. Последующие исследования, включая целенаправленные модификации генома, функциональные анализы и модели инфекции, позволили ученым реконструировать эволюционные этапы, приведшие к появлению более вирулентной субпопуляции. Эти эксперименты показали, что всего нескольких точечных мутаций было достаточно для образования утолщенной бактериальной капсулы, которая защищала бактерии от поглощения иммунными клетками и повышала их вирулентность в моделях инфекции.
В предыдущих работах этой исследовательской группы уже было показано, что обычные бактерии Klebsiella pneumoniae могут становиться более вирулентными в результате мутаций, приводящих к усилению капсулы. Эти "капсульные" мутанты были связаны с инфекциями кровотока, что послужило первыми доказательствами наличия капсульных субпопуляций в ограниченном числе образцов мочи пациентов. «В данном случае нам впервые удалось напрямую связать клинические наблюдения и молекулярные механизмы», — объясняет старший автор исследования Кристоф Эрнст. «Наши результаты показывают, что высоковирулентные субпопуляции могут развиваться в, казалось бы, безвредных резервуарах, таких как инфекции мочевыводящих путей, и способствовать распространению инфекции внутри организма одного и того же пациента», - добавляет он. Этот случай демонстрирует, что такие процессы происходят внутри организма отдельных пациентов и могут иметь клинически значимые последствия.
Исследователи предполагают, что тяжесть инфекции зависит как от характера лежащих в ее основе мутаций, так и от состояния пациента. Помимо усиления вирулентности инфекций, гетеровирулентность может также способствовать развитию хронических инфекций. Еще одним важным аспектом, выявленным в ходе этого исследования, является то, что неконтролируемые острые и латентные инфекции способствуют появлению гетеровирулентных популяций. Это может быть особенно актуально в случае мультирезистентных патогенов. «Поэтому мы предполагаем, что распространенность гетеровирулентных популяций особенно выражена при инфекциях с множественной лекарственной устойчивостью. С этой целью мы проводим исследования и разрабатываем новые препараты для лечения инфекций с множественной лекарственной устойчивостью», — объясняет Эрнст.
Исследователи видят параллели с так называемой гетерорезистентностью, при которой антибиотикорезистентные субпопуляции в рамках одной инфекции могут осложнять лечение антибиотиками и их трудно обнаружить. Однако вирулентные субпопуляции обнаружить ещё сложнее, поскольку признаки бактериальной вирулентности пока не входят в стандартную диагностику. Данная работа подчёркивает важность более глубокого понимания эволюции бактерий у пациентов и указывает на новые направления в диагностике и лечении сложных инфекций.
