Новое исследование, проведенное Имперским колледжем Лондона, показало, что этот процесс, называемый рекомбинацией, более сложен, чем предполагалось вначале. Результаты, опубликованные сегодня в PLoS Genetics, могут помочь нам понять, почему бактерии, вызывающие серьезные заболевания, могут избегать вакцинации и быстро становиться устойчивыми к лекарствам.Д-р Рафал Мостоуи из Лондонской школы общественного здравоохранения Имперского колледжа объясняет: «Во время рекомбинации бактерии могут включать новую ДНК, которая делает их устойчивыми к лечению, или они могут приобретать гены, которые изменяют их поверхностную структуру, что позволяет им уклоняться от вакцинации.
Хотя мы». Мы уже почти столетие знаем, что происходит рекомбинация, и только после того, как стало доступным секвенирование ДНК, мы смогли определить, как часто это происходит и насколько значительны изменения ».Ученые из Имперского колледжа Лондона, Гарвардской школы общественного здравоохранения и Института Сэнгера Wellcome Trust изучили две «линии» бактерии Streptococcus pneumoniae (известной как пневмококк), одна из которых устойчива к лекарствам. Пневмококк — одна из основных причин пневмонии, менингита и сепсиса; По оценкам Всемирной организации здравоохранения, только от пневмонии ежегодно умирает 1,1 миллиона детей в возрасте до пяти лет.
Используя последовательности ДНК штаммов бактерий, собранные за 36 лет, доктор Мостови и его коллеги смогли реконструировать эволюционное древо для двух «линий», обозначив, когда была принята новая ДНК и как в результате эволюционировали бактерии. Хотя рекомбинация всегда считалась единообразным процессом, модели показали два различных типа рекомбинации — микро и макро.При «микро-рекомбинации» бактерии регулярно включают небольшие количества ДНК, которые мало влияют на их геном.
Хотя «макрорекомбинация» происходит реже, в ней участвуют бактерии, принимающие большие количества ДНК, которые вносят существенные изменения в геном. Это второй процесс, который, по мнению ученых, позволяет бактериям изменить свой внешний вид, чтобы избежать вакцинации или потенциально обрести устойчивость к лекарственным препаратам.Ученые обнаружили, что рекомбинация происходила часто в эволюции более устойчивой линии, которую они изучали, и реже в менее устойчивой линии.
Однако из данных секвенирования было ясно, что оба штамма подверглись микро- и макрорекомбинации.«Это большой шаг вперед в нашем понимании того, как рекомбинация может привести к тому, что бактерии ускользнут от вакцин и приобретут устойчивость к антибиотикам», — говорит д-р Mostowy. «В настоящее время у нас есть эффективные средства профилактики и лечения пневмококковой инфекции, но неясно, как бактерии будут реагировать в долгосрочной перспективе».Доктор Ник Краучер, первый соавтор исследования из Имперской школы общественного здравоохранения, добавляет: «Эта работа показывает, что пневмококки могут очень быстро претерпевать потенциально клинически важные изменения. К счастью, полногеномное секвенирование — технология, сделавшая это открытие возможным, — также актуальна. большие перспективы в качестве средства наблюдения за появлением этих мутантов в будущем .. "Профессор Кристоф Фрейзер, также из Школы общественного здравоохранения Империал и старший автор исследования, говорит: «Помимо того, что рекомбинация у бактерий важна для общественного здравоохранения, она увлекательна с биологической точки зрения; эволюционная цель поглощения ДНК мертвых и, возможно, только Слабосвязанные бактерии загадочны.
Бактерии занимались этим уже давно, намного дольше, чем у нас были антибиотики или вакцины, и у нас нет убедительного объяснения того, почему это происходит. Изучив этот процесс с помощью геномики, мы можем видим, что этот процесс имеет два различных режима, и мы надеемся протестировать различные эволюционные модели на основе этих новых данных ».
Теперь исследователи изучают, являются ли два идентифицированных ими типа рекомбинации уникальными для пневмококка или их можно найти у других бактерий.