Американские ученые объяснили, откуда появились и как распространились смертоносные бактерии

Исследование ученых из Кембриджского университета показало, что синегнойная палочка (Pseudomonas aeruginosa) – бактерия, обитающая в окружающей среде и способная вызывать разрушительные инфекции с множественной лекарственной устойчивостью, особенно у людей с сопутствующими заболеваниями легких, - за последние 200 лет быстро эволюционировала, а затем под влиянием изменений в поведении человека распространилась по всему миру. Результаты работы опубликованы в журнале Science.

Ранее не было известно, как P. aeruginosa эволюционировала из организма, обитающего в окружающей среде, в опасный для человека патоген. Чтобы выяснить это, исследователи проанализировали данные ДНК из почти 10 000 образцов, взятых у инфицированных людей, животных и из окружающей среды по всему миру.

Синегнойная палочка обладает крайне высокой устойчивостью к современным антибиотикам. P. aeruginosa является причиной более 500 000 смертей в год в мире, из которых более 300 000 связаны с устойчивостью к противомикробным препаратам (УПП). В 2017 году ВОЗ включила палочку в перечень бактерий, для борьбы с которыми критически важна разработка новых антибиотиков. Особенно восприимчивы люди с такими заболеваниями, как ХОБЛ (повреждение легких, связанное с курением), муковисцидоз и бронхоэктатическая болезнь, не связанная с муковисцидозом.

Ученые составили генетическое древо семьи из почти 600 штаммов патогена на основе 9 829 бактериальных образцов, взятых из источников по всему миру, вплоть до 1900 года. В ходе исследования выяснилось, что за большинство летальных исходов ответственен лишь 21 штамм бактерии, который эволюционировал быстрее остальных за последние 124 года.

Распространение агрессивных штаммов, скорее всего, произошло в результате того, что люди стали жить в густонаселенных районах, где загрязненный воздух делает легкие более восприимчивыми к инфекциям и существует благоприятная средя для распространения инфекций.

Именно эти штаммы обладают особой устойчивостью к воздействию внешней среды, что позволяет им выживать в самых экстремальных условиях (например, в ракетном топливе или в дистилированной воде). Кроме того, Pseudomonas aeruginosa устойчива к большинству современных антибиотиков.

Эти эпидемические клоны по своей природе предпочитают заражать определенные типы пациентов, причем некоторые из них предпочитают пациентов с муковисцидозом и других лиц, не страдающих муковисцидозом. Оказывается, бактерии могут использовать ранее неизвестный иммунный дефект у людей с муковисцидозом, позволяя им выживать в макрофагах. Макрофаги - это клетки, которые "поедают" вторгшиеся организмы, разрушая их и предотвращая распространение инфекции. Но ранее неизвестный дефект в иммунной системе пациентов с муковисцидозом означает, что как только макрофаг "поглощает" P. aeruginosa, он не в состоянии избавиться от нее.

Попав в легкие, эти бактерии затем эволюционируют различными путями, становясь еще более специализированными для конкретной среды в легких. В результате некоторые клоны могут передаваться внутри пациентов с муковисцидозом, а другие - среди пациентов, не страдающих муковисцидозом, но почти никогда - между группами пациентов с муковисцидозом и без него.

«Удивительно, с какой скоростью эти бактерии развиваются и могут стать эпидемическими, а то, как они могут специализироваться на определенной среде в легких. Нам действительно нужен систематический, упреждающий скрининг всех групп пациентов из группы риска, чтобы выявлять и, как мы надеемся, предотвращать появление новых эпидемических клонов. Это также имеет очень важные последствия для инфекционного контроля в больницах, где инфицированный человек нередко находится в открытой палате с кем-то потенциально очень уязвимым», — подчеркивает первый автор исследования Аарон Вейманн из Научно-исследовательского института сердца и легких имени Виктора Филиппа Дахдале при Кембриджском университете.

Марина КЫН