Разбираем мир микробиологии по кусочкам
О ДНК древнейших патогенов
Учимся на ошибках прошлого
Изучение окаменелостей, мумий или глубоких геологических образований всегда вызывало огромный интерес у ученых во всем мире. Наверно потому что эти артефакты древности рассказывают нам о прошлом и могут предсказывать будущее. Например, кости жертв извержения вулкана Везувий, найденные в Геркулануме, говорят нам о том, что не стоит прятаться в закрытых ангарах…Если только мы не хотим пропечься там, как пицца, при температуре в 500 °C.
Костям есть что рассказать…и это все записано в ДНК
Изучение прошлого стало еще более захватывающим с появлением технологий молекулярной биологии. Древняя ДНК (дДНК) — это генетический материал, выделенный из древних биологических образцов. Ярким примером дДНК является 50,000-летняя ДНК женщины-неандертальца, выделенная из ее фаланги и секвенированная исследовательской группой под руководством Сванте Паабо в 2013 году. Получить дДНК сложно, а еще сложнее правильно прочитать ее последовательность. Со временем ДНК деградирует, если ее функция не поддерживается живой клеткой. В древних ископаемых длинные нити ДНК фрагментированы и перекрещены, что особенно затрудняет их секвенирование. Еще одна проблема: загрязнение современной ДНК почти неизбежно — первая последовательность митохондриальной ДНК неандертальца содержала ~ 11% ДНК современного человека.
Но у бактерий нет костей!
Выделить дДНК очень сложно даже из хорошо сохранившихся скелетных останков. Но прогресс не стоит на месте! Представьте бактериальных патогенов – эти невидимые, хрупкие, крошечные клетки, проникающие в наши тела. Их ДНК защищена только клеточной стенкой, которая с годами легко разрушается. Эта клеточная стенка особенно тонкая у грамотрицательных бактерий, которые составляют большинство патогенов человека. Несмотря на эти проблемы, в последние годы исследователи нашли различные способы выделения, идентификации и аутентификации бактериальной ДНК. Они находят сохраненные бактерии в скелетах или мумифицированных мягких тканях, затем оптимизируют методы выделения дДНК, и используют различные сравнительные методы, чтобы увидеть, действительно ли выделенная последовательность принадлежит древнему патогену. Таким образом, ученые могут выявить геномную последовательность хрупких древних грамотрицательных бактерий, таких как кишечная палочка, скрывающихся в останках наших предков!
Заражения в эпоху Возрождения
В недавней статье, опубликованной в Communications Biology, исследователи описали процесс получение генома кишечной палочки, которая вызвала инфекцию в теле человека пять веков назад. Большинство штаммов кишечной палочки не заражают человека. Они даже присутствуют в микробиоме нашего кишечника, являясь симбиотическим другом. Конечно бывают и так случаи, когда наша иммунная система слишком слаба, чтобы поддерживать эти отношения, и кишечная палочка вызывает оппортунистическую инфекцию. Именно это и произошло в 1586 году с Джованни д’Авалосом. Мумифицированный желчный пузырь и желчные камни этого неаполитанского дворянина были исследованы, чтобы найти подтверждение микробной причине его смерти.
О чем может рассказать желчный камень Джованни?
В то время как многие заболевания человека могут приводить к образованию камней в желчном пузыре, камни в желчном пузыре, вызванные бактериальными инфекциями, совершенно уникальны. Их бактериальное происхождение делает их коричневыми, а не желтыми. Этот тип окраски сделал останки Джованни интересными для ученых, которые исследовали его мумию. Действительно, в ходе вскрытия желчного камня, выделения и секвенирования ДНК была выявлена историческая последовательность генома кишечной палочки. Как мы знаем, дДНК может быть защищена от деградации физическими барьерами, защищающими ее от окружающей среды, что означает, что камни в желчном пузыре должны защищать более длинные нити бактериальной ДНК, если в их образовании участвовали бактерии. И действительно, в случае с Джованни была обнаружена именно такая дДНК, что, скорее всего, и стало причиной его смерти.
Больше бактериальной истории в генах
По иронии судьбы, генетический анализ показал, что кишечная палочка, убившая Джованни, не представляла особой опасности. Это был легкий штамм, который не заражает людей с нормально работающей иммунной системой. Кроме того, у него не было генов устойчивости к антибиотикам (ну, во всяком случае, Джованни не имел доступа к антибиотикам в 1586 году). Однако, у него было одно преимущество: он приобрел некоторые гены вирулентности (такие как система секреции типа IV (T6SS) от Klebsiella aerogenes, другого бактериального патогена человека) во время инфекции. Наконец, этот штамм кишечной палочки был классифицирован как принадлежащий к линии родственных штаммов, которые все еще жизнеспособны сегодня и по-прежнему вызывают образование камней в желчном пузыре 400 лет спустя!
Зачем это изучать?
Учитывать уроки прошлого необходимо для предсказания будущего. Желчные камни Джованни дали ученым представление о том, как развивается и адаптируется современная кишечная палочка. Ученые надеются, что их усилия помогут и тем, кто исследует такие скрытые патогены, и тем, кто пытается предсказать инфекции будущего.
Перевод был сделан Марией Мартыновой
Оригинальная статья: Long GS et al. (2022). A 16th century Escherichia coli draft genome associated with an opportunistic bile infection. Communications Biology, 5:599.
Изображение: Мумия Джованни д’Авалоса. Источник: Отделение палеопатологии, Пизанский университет (Италия)
micro-bites.org 