Небольшая разница в генах бактерий

Ежегодно диарея становится причиной около пяти миллионов смертей во всем мире. Большинство людей умирают из-за патогенных микроорганизмов, таких как бактерии или вирусы, попавших в желудочно-кишечный тракт с загрязненной питьевой водой или пищей. Определить, какая именно бактерия вызывает заболевание в таких случаях, иногда очень сложно. В сотрудничестве с чилийскими исследователями ученые из Центра исследования инфекций им. Гельмгольца в Брауншвейге (Германия) разработали точный диагностический метод.

Он основан на обнаружении коротких, повторяющихся сегментов ДНК в геноме бактерий. Каждый отдельный штамм бактерий имеет такие характерные повторы. «С помощью этого метода мы можем идентифицировать бактериальные штаммы, а также выяснять их генетические связи. Кроме того, мы можем показать, как развиваются новые патогенные варианты», — говорит исследователь HZI Манфред Хёфле. Результаты опубликованы в текущем выпуске научного журнала "Applied and Environmental Microbiology". Работа является частью двух проектов, финансируемых Европейским союзом: «Здоровая вода» и «AQUA-chip». Манфред Хёфле координирует оба проекта, которые касаются различных аспектов микробиологической безопасности как питьевой, так и морской воды.

Различные бактерии, обитающие в питьевой или морской воде, могут вызывать тяжелые заболевания человека. Одна из них — вибрионы: вид Vibrio cholerae более известен как возбудитель холеры, которая распространялась в Европе до XX века. Интересно, что не все штаммы Vibrio cholerae патогенны для человека. Только те штаммы вызывают тяжелую диарею, известную как холера, которые производят определенный бактериальный токсин, атакующий стенку кишечника. Менее известный, но также опасный представитель рода Vibrio — Vibrio parahaemolyticus. Это высококонтагиозный патогенный микроб, для возникновения тяжелой диареи достаточно проглотить всего дюжину бактерий. Этот штамм представляет угрозу для тихоокеанского региона и в XXI веке достиг восточного побережья США. С конца 1990-х годов эпидемии Vibrio parahaemolyticus привели к тысячам случаев заболеваний в Чили. В будущем из-за балластных вод или изменения климата этот вид может приобрести значение и в Европе. Как и у холерного вибриона, существуют различные штаммы Vibrio parahaemolyticus с разной степенью заразности. До сих пор их различение было сложной задачей.

Новый метод теперь позволяет охарактеризовать и различить сотни штаммов бактерий за короткое время. Метод основан на существовании коротких повторяющихся сегментов ДНК в геноме всех живых видов. Как в тандемном велосипеде, эти сегменты выстроены в цепочку на нити ДНК и называются «тандемными повторами». Они характерны для каждого бактериального штамма. Чтобы идентифицировать определенный штамм, исследователи HZI используют короткие фрагменты ДНК, помеченные определенными красителями. Каждый окрашенный фрагмент ДНК распознает один тандемный повтор, связываясь с ним. В результате исследователи получают, например, шесть красных фрагментов, связанных с тандемом из шести повторов. Затем анализируются тандемные повторы, отмеченные окрашенными фрагментами: каждый штамм бактерий отличается по паттерну и размеру измеряемых тандемных повторов.

«С помощью этого метода мы можем дифференцировать более 120 штаммов Vibrio parahaemolyticus», — говорит Манфред Хёфле. Это важно для инфекционных заболеваний, при которых необходимо знать, какой штамм является возбудителем. Дополнительная информация: один это штамм или несколько, и откуда они происходят. Последнее может помочь предотвратить распространение болезни с помощью соответствующих мер. «Заражение Vibrio parahaemolyticus часто происходит через сырых моллюсков, которые отфильтровали загрязненную морскую воду. С помощью этого метода мы можем определить, от какого вида моллюсков произошел микроб». Новая методика также может использоваться для характеристики других бактериальных патогенов и исследования того, как патогенные бактерии развиваются в окружающей среде. «Таким образом, этот высокоразрешающий метод вносит важный вклад в быстрое и точное распознавание микробных патогенов с пандемическим потенциалом».

Источник: Helmholtz Association of German Research Centres