Стрептококи: як нешкідливі бактерії перетворилися в небезпечні патогени, щоб вижити

Вчені недавно розповіли світу, що небезпечні бактерії, що викликають сьогодні смерті сотень тисяч осіб щорічно, не завжди були такими. Спочатку мікроорганізми були цілком нешкідливими для великих ссавців. На прикладі стрептококів (більш детально про них можна прочитати на сайті https://med-microbiology.com/index/streptokokki/0-115), біологи вивчили процес перетворення бактерій в м'ясоїдних (тобто тих, які харчуються плоттю) монстрів і встановили, коли саме відбулася трансформація.

Трансформація стрептококів

Предметом дослідження став гемолітичний стрептокок групи A (дуже високопродуктивна інфекційна бактерія GAS). Крім того, що цей патоген викликає некротичний фасциїт, він також несе відповідальність і за ряд інших небезпечних інфекцій. Внаслідок зараження цією бактерією захворює близько 600 мільйонів осіб щороку, а 500 тисяч з них помирає.

За останніми розрахунками вчених, від інфекцій, викликаних бактерією GAS, людство страждає з 1980-х років. Дослідники вважають, що GAS походить від менш шкідливих штамів стрептокока, і в статті, опублікованій в журналі PNAS, описують його еволюційну історію.

"Нам вперше вдалося відкрити завісу таємниці та виявити процеси, які передували народженню небезпечного патогену", - розповідає провідний автор дослідження James Musser з Дослідницького інституту при Методистської лікарні Х'юстону.

Причиною трансформації нешкідливою бактерії в патоген могло стати впровадження вірусної ДНК бактеріофагів.

Musser і його колеги проаналізували геном понад 3600 штамів стрептокока, зібраних майже з усього світу. Первинні дані показали, що ряд генетичних подій спровокував перетворення звичайної бактерії в патоген.

Сценарій був приблизно таким. Спочатку чужорідна ДНК проникла в геном нешкідливого стрептокока за допомогою горизонтального переносу генів — процесу, вкрай поширеного у бактерій, особливо при взаємодії з бактеріофагами. Цей процес може бути корисним для самих бактерій, адже він збільшує шанси на виживання.

В цьому випадку прагнення до виживання проявилося вкрай агресивним чином: після впровадження чужої ДНК стрептококи отримали здатність виробляти 2 шкідливих токсини, а наступна мутація 1-го з генів, відповідальних за виробництво токсину, зробила цю здатність ще більш небезпечною для оточуючих організмів і клітин.

Згідно з даними Musser, після цього відбулася ще одна подія горизонтального переносу генів, що завершила роботу над "чудовиськом". Додатковий набір генів дозволив йому виробляти білки, які пригнічують імунну систему інфікованих господарів, що робить заразу ще небезпечнішою.

Не менш цікаво, вчені визначили, коли саме відбулися всі ці доленосні події: статистичні моделі вказують на те, що фінальна трансформація нешкідливого стрептокока в хижий патоген відбулася в 1983 році.

"Встановлена дата повністю збіглася зі згадками епідемій в літературі. З 1983 року відбулося кілька спалахів стрептококової інфекції по всьому світу. Наприклад, у Великій Британії тяжкість інфекційного захворювання стрептококом поступово зростала з 1983 по 1985 рік", - розповідає Musser.

У ті роки Європу, Північну Америку і навіть Австралії накрила так звана інтерконтинентальна епідемія стрептококових інфекцій, при цьому симптоми варіювалися від появи фарингіту до ускладнень у вигляді некротичного фасциїта.

Musser пояснює, що практичних застосувань у нинішнього відкриття у медицині може бути два:

• Перше застосування для короткострокової перспективи — це навичка визначення характеру генетичних змін в бактерії, який допоможе визначити, як слід оновлювати наявні вакцини.
• Друге застосування стане в пригоді в більш довгостроковій перспективі, коли буде потрібно припиняти епідемії аналогічних захворювань в зародку так, щоб вони ще не встигали поширитися.