Бактерии демонстрируют удивительное количество генетических путей к выживанию

Исследование показало, что при хронической инфекции Burkholderia dolosa в лёгких пациентов с муковисцидозом сосуществуют десятки различных генетических вариантов бактерии, а не один доминирующий штамм.

• Открытие: Вместо модели, в которой один "лучший" мутант вытесняет остальных, популяция B. dolosa в организме пациента диверсифицируется. Множество клеток находят разные способы выжить, и эти успешные мутанты сосуществуют.

• Метод: Учёные проанализировали мокроту пяти пациентов с хронической инфекцией B. dolosa (вспышка в Бостоне в конце 1990-х/начале 2000-х). Используя два типа генетического секвенирования (повторное секвенирование колоний и глубокое популяционное секвенирование), они изучили множество клеток из каждого образца.

• Результаты: В одном образце мокроты среди 29 выделенных изолятов было обнаружено 6 различных линий B. dolosa и 188 различных мутаций. В среднем 26 мутаций отличали любую произвольную пару изолятов, и только одна пара была идентичной. Все изоляты разделяли лишь 10 мутаций.

• Адаптации: Сосуществование разных линий позволило "прочитать" историю адаптаций бактерии внутри пациента. Например, обнаружены три различные мутации в гене B. dolosa, кодирующем пенициллин-связывающий белок, что указывает на эволюцию для выживания при лечении препаратами, родственными пенициллину. Другие мутации в генах, отвечающих за чувствительность к кислороду и усвоение железа, рассказали о других проблемах в лёгких.

• Значение:

  • Для диагностики: Практика изучения единичных бактериальных колоний от пациента может давать неполную картину. Для понимания хронической инфекции и выбора антибиотиков, возможно, потребуется анализировать более широкое представительство бактериальной популяции.
  • Для медицины: В будущем персонализированная медицина может учитывать не только геном человека, но и вариации генома патогена у разных людей. Понимание того, против чего эволюционируют бактерии в теле конкретного человека, может привести к новым, более целенаправленным методам лечения.

• Дальнейшие исследования: Учёные изучают, насколько общи эти выводы для других патогенов, включая Mycobacterium tuberculosis и Pseudomonas aeruginosa при острых инфекциях. Также исследуется, связаны ли генетические варианты B. dolosa с разными физическими нишами в лёгких или различными проявлениями болезни.

Исследование опубликовано онлайн 8 декабря в Nature Genetics.