Безобидные бактерии превратились в опасные патогены, чтобы выжить

Учёные недавно поведали миру, что опасные бактерии, вызывающие сегодня смерти сотен тысяч человек ежегодно, не всегда были такими. Изначально микроорганизмы были вполне безвредными для крупных млекопитающих. Биологи изучили процесс превращения бактерии в плотоядных (то есть питающихся плотью) монстров и установили, когда именно произошла трансформация.

Предметом исследования стал β-гемолитический стрептококк группы A, сокращённо GAS — высокопродуктивная инфекционная бактерия. Помимо того, что этот патоген вызывает некротический фасциит, он также несёт ответственность и за ряд других опасных инфекций. Вследствие заражения этой бактерией заболевает около 600 миллионов человек каждый год, а 500 тысяч из них умирает.

По последним расчётам учёных, от инфекций, вызванных бактерией GAS, человечество страдает с 1980-х годов. Исследователи полагают, что GAS произошёл от менее вредных штаммов стрептококка, и в статье, опубликованной в журнале PNAS, описывают его эволюционную историю.

"Нам впервые удалось приоткрыть завесу тайны и выявить процессы, которые предшествовали рождению опасного патогена", — рассказывает ведущий автор нового исследования Джеймс Массер (James Musser) из Исследовательского института при Методистской больнице Хьюстона.

Массер и его коллеги проанализировали геном более 3600 штаммов стрептококка, собранных почти со всего мира. Первичные данные показали, что ряд генетических событий спровоцировал превращение обычной бактерии в патоген.

Сценарий был приблизительно следующим. Сначала чужеродная ДНК внедрилась в геном безвредного стрептококка посредством горизонтального переноса генов — процесса, крайне распространённого у бактерий, особенно при взаимодействии с бактериофагами. Этот процесс может быть полезным для самих бактерий, ведь он увеличивает шансы на выживание.

В данном случае стремление к выживанию проявилось крайне агрессивным образом: после внедрения чужой ДНК стрептококки приобрели способность производить два вредоносных токсина, а последующая мутация одного из генов, ответственных за производство токсина, сделала эту способность ещё более опасной для окружающих организмов и клеток.

Согласно данным Массера, после этого произошло ещё одно событие горизонтального переноса генов, которое завершило работу над "чудовищем". Дополнительный набор генов позволил ему производить белки, которые подавляют иммунную систему инфицированных хозяев, что делает заразу ещё опаснее.

Что не менее интересно, учёные определили, когда именно произошли все эти судьбоносные события: статистические модели указывают на то, что финальная трансформация безобидного стрептококка в плотоядный патоген произошла в 1983 году.

"Установленная нами дата полностью совпала с упоминаниями эпидемий в литературе. С 1983 года произошло несколько вспышек стрептококковой инфекции по всему миру. Например, в Великобритании тяжесть инфекционного заболевания стрептококком постепенно возрастала с 1983 по 1985 год", — рассказывает Массер.

В те годы Европу, Северную Америку и даже Австралию накрыла так называемая интерконтинентальная эпидемия стрептококковых инфекций, при этом симптомы варьировались от появления фарингита до осложнений в виде некротического фасциита.

Массер поясняет, что практических применений у нынешнего открытия в медицине может быть два. Первое применение для краткосрочной перспективы — это навык определения характера генетических изменений в бактерии, который поможет определить, как следует обновлять существующие вакцины. Второе применение пригодится в более долгосрочной перспективе, когда потребуется пресекать эпидемии аналогичных заболеваний в зародыше так, чтобы они ещё не успевали распространиться.

Также по теме:
Вирус отращивает трубку, чтобы ввести свою ДНК в клетку
Гигантские вирусы отнесли к новой форме жизни
Кишечные бактерии используют "биологическое оружие" для уничтожения конкурентов за питательную среду
В грудном молоке обнаружено несколько сотен видов бактерий
Изучена ДНК чумной палочки, погубившей половину населения Европы
Установлен виновник одной из старейших пандемий в истории человечества