Международная команда учёных, возглавляемая исследователями из Калифорнийского университета в Сан-Диего (University of California, San Diego), школы медицины Сан-Диего (UC San Diego School of Medicine) и Института Джона Крейга Вентера (J. Craig Venter Institute, JCVI), провела первое комплексное сравнительное исследование геномов всех 20 известных видов лептоспир (Leptospira), рода бактерий, некоторые виды которого вызывают смертельно опасные для млекопитающих (в том числе и человека) заболевания (лептоспироз).
Результаты исследования были опубликованы в февральском онлайн-выпуске журнала PLOS Neglected Tropical Diseases (Забытые тропические болезни). Были выявлены те адаптации и особенности инфекционных видов лептоспир, которые не только освещают их эволюционную историю, но также могут дать информацию для создания новых подходов к профилактике и лечению лептоспироза. Для изучения были взяты штаммы лептоспир, обнаруженные четырьмя международными лабораториями в 12 странах. В работе участвовали исследователи из Йельского университета, Калифорнийского университета в Сан-Диего, Корнельского университета и институтов Австралии, Франции, Англии, Нидерландов, Канады, Уругвая, Бразилии, Перу и Таиланда.
«Лептоспиры — это наиболее сложный род бактерий из тех, которые заражают людей, — говорит профессор медицины Джозеф М. Винетц (Joseph M. Vinetz), директор Центра тропической медицины и здоровья путешественников Калифорнийского университета в Сан-Диего (UC San Diego Center for Tropical Medicine and Travelers Health). — Этот труд сравнивает полные геномные последовательности всех известных видов лептоспир, чтобы выяснить, какие гены делают эту бактерию возбудителем болезни. Он представляет собой план действий для будущих исследований, в том числе поиска новых способов диагностики инфекций и разработки вакцин».
Проект был инициирован и реализовывался под руководством Деррика Фоутса (Derrick Fouts) из Института Джона Крейга Вентера.
«Инструменты биоинформатики развились настолько, что мы уже можем найти пресловутую «иглу в стоге сена», то есть определить гены и метаболические пути, которые являются уникальными для патогенных микробов», — говорит Фоутс. Это знание необходимо для создания методов борьбы с патогенами, не затрагивающих прочие микроорганизмы.
Некоторые виды лептоспир не опасны, они питаются мёртвой и разлагающейся органикой. Другие виды вызывают болезни разной степени тяжести, порой крайне тяжёлые. И если у заражённых крыс и мышей, например, бактерия размножается в почках, но не вызывает заметных симптомов заболевания, то у домашнего скота и животных-компаньонов 65—90% случаев заражения заканчиваются смертью.
Люди могут заражаться лептоспирозом при прямом контакте с больным животным или животным-переносчиком, при попадании внутрь или вдыхании загрязнённой воды или почвы. Опасен и прямой контакт с мочой инфицированных животных.
У инфицированных людей заболевание провоцирует целый спектр эффектов. Это может быть как бессимптомная инфекция, так и инфекция с симптомами, сходными с течением гриппа или желтухи. Часто происходит и серьёзное повреждение печени, почек или центральной нервной системы, приводящее к смерти.
Глобально, лептоспироз является наиболее распространённым бактериальным заболеванием, передающимся от животных к человеку, с более чем 1 млн случаев заражения в год и 60 000 смертей.
Так каковы результаты проведённого исследования?
- Открыты уникальные для патогенных лептоспир белки, что будет полезно для разработки вакцин для людей, собак и домашнего скота.
- Определены ключевые адаптации патогенных лептоспир к жизни в организме млекопитающих. Это, в частности, биосинтез сиаловой кислоты, которая помогает этим организмам скрывать своё присутствие от иммунной системы.
- Инфекционные лептоспиры эволюционно приобрели способность синтезировать витамин В12 из простой аминокислоты-предшественника, что неинфекционные лептоспиры не могут.
«Одной из увлекательных находок было обнаружение системы CRISPR-Cas на генетическом уровне только у патогенных лептоспир, но не у промежуточных или неинфекционных групп рода. Эволюционное приобретение CRISPR-элементов, которые обнаруживаются только у патогенных лептоспир, вероятно, способствуют адаптации к заражению человека. Значение этого наблюдения ещё предстоит изучить», — говорит Винетц.
Винетц также заявил, что следующим шагом в работе станет использование полученной геномной информации для создания вакцин и методов диагностики, проведения экспериментов для улучшения понимания механизмов заражения и протекания болезни и того, как лептоспиры сохраняются в естественной среде. Это поможет разработать новые меры, направленные на сокращение глобальных последствий зоонозных заболеваний.