Bakterie dbają o swoich krewniaków. Mają to zakorzenione w DNA

Escherichia coli jest najlepiej poznaną przez nas bakterią (fot. Wiki/USDA)

Superbakterie „inteligentnie” dbają o to, by nigdy nie wyginąć. Nie działają jak mafia czy korporacja, tylko jak prawdziwa rodzina. Uczeni z Birmingham wykazali, że oporne na antybiotyki pałeczki okrężnicy są genetycznie zaprogramowane, by troszczyć się o cały swój gatunek. W myśl zasady: dziś ja nie dam zginąć tobie, bo jutro to właśnie ty możesz być źródłem mojego przetrwania.

Serce z komórek pacjenta wydrukowane w 3D

Naukowcy z uniwersytetu w Tel Awiwie wydrukowali serce techniką 3D wyposażone w naczynia krwionośne, używając materiału biologicznego pacjenta.

zobacz więcej

Escherichia coli jest jedną z najczęstszych bakteryjnych kolonizatorek naszych jelit. Produkuje dla nas niektóre witaminy. Dzięki inżynierii genetycznej w laboratoriach robi dla nas leki i czystą jak kryształ naukę. Jest najlepiej poznaną bakterią i najwcześniej zsekwencjonowaną – jej genom był jednym z pierwszych w pełni poznanych.

Bywa też jednak źródłem poważnych problemów medycznych, np. przewlekłych i trudnych do wyleczenia zakażeń układu moczowego. Te mogą niekiedy prowadzić do sepsy. Niektóre szczepy tej bakterii są tak zjadliwe, że potrafią, niczym jej bliska kuzynka Shigella, wywołać śmiertelną w skutkach biegunkę. Nie ominęło jej coraz bardziej masowe zjawisko oporności bakterii na antybiotyki, może wywołać groźne i nieuleczalne zakażenia szpitalne. Liczba zakażeń wywołanych przez tę bakterię wzrosła przez ostatnie 5 lat o jedną czwartą. Jeden jej szczep potrafi się genetycznie różnić od innego w takim samym stopniu, jak my ludzie od minoga rzecznego. Dobra-zła bakteria. Dr Jekyll i Mr Hyde mikrobiologii – pałeczka okrężnicy.

Uczeni z Instytutu Mikrobiologii i Zakażeń Uniwersytetu w Birmingham, kierowani przez dr. Alana McNally’ego, zaprezentowali na łamach czasopisma „mBio” wyniki dotyczące źródeł niebywałego sukcesu najpowszechniej występującego klonu Escherichia coli, zwanego ST131.

Co oznacza ta nazwa? Otóż bakterie w obrębie gatunku, podobnie jak ludzie, mogą być ze sobą spokrewnione blisko lub dalej, a nawet całkiem daleko, „po Adamie i Ewie”. Aby ustalić, w jakim stopniu są spokrewnione np. różne oporne na wiele antybiotyków pałeczki okrężnicy pochodzące z zakażeń u ludzi, przeprowadza się tzw. typowanie. Najpowszechniejsza dziś metoda owego typowania polega na sekwencjonowaniu DNA kilku miejsc-genów w genomie bakterii.

Bakterie z dna Rowu Mariańskiego trawią ropę naftową

Jest taka podmorska „dziura” w Ziemi, w którą dałoby się wsadzić Mount Everest i nadal przykryłoby go grube na ponad 2 km lustro wody. Mowa o Rowie...

zobacz więcej

Jak wykryć zmiany?

Bakterie w toku życia, mnożenia się i zmiany środowiska życia mutują, czyli w DNA pojawiają się zmiany. Sekwencjonowanie je wykrywa. Każdy nowy wariant sekwencjonowanego genu oznaczany jest kolejną liczbą. Cały układ, powiedzmy 6 zsekwencjonowanych miejsc, daje nam kod, np.: 1, 5, 5, 7, 68, 4. Wszystkie wyizolowane bakterie, których sekwencje przedstawi ten sam kod, uważa się za bardzo blisko spokrewnione – w istocie tworzą tzw. wspólny klon (czyli uważa się, że wszystkie pochodzą od jednej, konkretnej bakterii). Takie kody – w momencie pojawienia się, dostają swój numer porządkowy, tzw. typ sekwencyjny – bo w epidemiologii musi być porządek.

Tak więc ST131 to typ sekwencyjny 131. Wiadomo, że od momentu swojego pojawienia się pod koniec lat 90. ubiegłego wieku opanował już naszą planetę. Taka właśnie Escherichia coli jest izolowana z opornych na leczenie zakażeń nie tylko od Gibraltaru po Władywostok, ale na wszystkich kontynentach. Ten ST jest nie tylko wszędzie obecny, ale wręcz dominuje. Odpowiada za, bagatela, 20 proc. wszystkich zakażeń wywołanych przez E. coli i zanalizowanych mikrobiologicznie. Ma ku temu wszelkie zalety, a zwłaszcza oporność na wiele grup antybiotyków.

Pytanie, które postawili sobie mikrobiolodzy z Birmingham, jest bardzo istotne. Skoro to taki mistrz, to czy wyprze kiedyś wszystkie inne klony? Jeśli tak, to warto, nawet sporym sumptem, pracować nad załatwieniem tego jednego specyficznego przeciwnika. Jeśli nie, należy zrozumieć, dlaczego takie ograniczenie występuje. Czy jest samoograniczeniem? Wtedy jesteśmy równie bezradni jak diabeł wobec wytrwałej ascezy. Jeśli to wynik twardej walki o byt, gdzie wykańczasz konkurentów albo oni wykończą ciebie, można próbować inteligentnej interwencji, rozgrywania jednych przeciw drugim.

Sekwencjonowanie całych genomów tysiąca przedstawicieli klona ST131 pozwoliło nie tylko ustalić, że mamy do czynienia z rodzajem altruizmu (choć egoizmem podszytego). – Zasadniczo, (w zaobserwowanym dla ST131 mechanizmie selekcji ewolucyjnej) żaden klon nie osiąga korzyści, jeśli zostanie jedynym istniejącym klonem E. coli. Jeśli bowiem inne klony zanikną, a coś się stanie temu jednemu, dominującemu dotąd klonowi, to całemu gatunkowi grozi wyginięcie – tłumaczy dr McNally. Taka malutka bakteria po prostu to wie. Ma to wdrukowane w DNA.

Mózg świni „ożywiony” po śmierci

Naukowcy za pomocą specjalnego roztworu przywrócili aktywność komórek w mózgu świni, która od czterech godzin była martwa. Metoda nie służy...

zobacz więcej

Zasadniczy problem

Nasuwa się zasadniczy problem – jak górować, a jednocześnie dać żyć innym? Brytyjscy badacze w sekwencjach DNA znaleźli jakąś część odpowiedzi. Okazuje się, że ST131 w genach, które odpowiadają za zdolność bakterii do skolonizowania ludzkiego jelita, jest wewnętrznie bardzo różnorodnym klonem. Gdzieś tam istnieje wariant E. coli ST131, który pasuje tylko do mnie i moich krewnych, a i to pewnie nie wszystkich.

Oporne na antybiotyki bakterie klona ST131 są znacznie bardziej niejednorodne niż ich kuzynki wrażliwe na antybiotyki. To paradoks, że wśród sióstr z jednego klona różnorodność jest duża. Dotyczy ona jednak tylko białek znajdujących się na powierzchni bakteryjnej komórki i „klejących” się do komórek jelita gospodarza. I tak prawdopodobnie wygląda to w każdym klonie, który nagle osiąga sukces ewolucyjny, by nigdy nie zostać ostatnim i jedynym na pobojowisku. Zachowanie bioróżnorodności to jak zachowanie życiowego potencjału. Bakterie zdają się to wiedzieć. Ich ewolucja „rodowa”, czyli klonalna, bierze pod uwagę przetrwanie całego gatunku.

Mechanizm sprawia, że miejsce jest dla każdego, a skolonizowany innymi bakteriami niełatwo da się skolonizować ST131. Trzeba zatem pomyśleć o wspieraniu „zdrowej” pałeczki okrężnicy żyjącej w naszych jelitach. Wtedy ST131 i podobne globalne wojowniczki nie będą miały czego szukać. Bo tak całkiem tej „zdrowej” dla nas bakteryjnej siostry nie zatłuką. To byłoby sprzeczne z ewolucyjnym mechanizmem głęboko ukrytym w ich DNA.

źródło:
Zobacz więcej