Из друзей во враги: Как безобидные бактерии становятся патогенными

Чтобы успешно адаптироваться к изменениям окружающей среды бактерии имеют способность к быстрому развитию. Если окружающая среда является причиной иммунного ответа инфицированного хозяина, тогда эта эволюция может превратить безвредные прежде бактерии в опасные микроорганизмы. В исследовании, опубликованном 12 декабря в Общественной научной библиотеке, рассматривается то, каким образом это происходит.

Изабелла Гордо и её коллеги (Португалия), впервые разработали экспериментальную систему, для наблюдения и изучения эволюции бактерий, имеющих контакт с клетками иммунной системы млекопитающих. Они обнаружили, что менее чем за пятьсот бактериальных поколений (или тридцати дней), бактерии стали более устойчивы к гибели от иммунных клеток и приобрели способность вызывать заболевание у мышей.

«Кишечная палочка служит примером экстраординарного разнообразия. Многие её штаммы являются доброкачественными синантропными бактериями, но некоторые из них смертоносные патогены», — говорит Изабелла Гордо. «Считается также, что многие штаммы кишечной палочки, которые вызывают заболевания у людей, произошли от синантропных штаммов. Мы полагали, что экспериментальная эволюция будет служить мощным инструментом для непосредственного наблюдения некоторых этапов развития кишечной палочки, которые могут возникнуть при переходе от комменсализма к патогенезу».

Для этого исследования, учёные изучали первоначально доброкачественные бактерии кишечной палочки, имеющие постоянный контакт с макрофагами, являющимися частью нашей иммунной системы и которые способны поглощать и переваривать бактерии. Они вырастили смесь бактерий и макрофагов в жидкой культуре (стеклянной ёмкости, которая содержала питательные вещества). Один раз в день, они разбавляли смесь, и через день они брали образец бактерий для дальнейшего анализа. В качестве контроля они выращивали, разбавляли и анализировали бактерии из одного и того же штамма, но другая контрольная часть не смешивалась с макрофагами.

На четвёртый день, те бактерии, которые подверглись воздействию макрофагов, начали показывать изменения в их фенотипе (внешний вид), в то время как подобные изменения не наблюдались в контрольной группе без макрофагов. Селективное давление, вызванное присутствием макрофагов, стало причиной изменений в бактериях, которые последовательно наблюдались в шести независимых экспериментальных сериях. Изменения коснулись фенотипа бактерий, их жизнеспособности, а также генетики.

Когда учёные стали более пристально наблюдать за взаимодействием новых вариантов бактерий и макрофагов, они обнаружили, что небольшая часть колонии была более устойчива к перевариванию макрофагами, чем их предки из того же штамма. Когда они заразили мышей подобным штаммом мукоидных бактерий, они также обнаружили, что увеличилась способность вызывать заболевание у мышей.

Учёные уверены в том, что кишечная палочка может приспособиться к большей сопротивляемости макрофагам в пределах нескольких сотен поколений, и что клоны с подобной морфологией и чертами, которые были подвергнуты изучению в ходе эксперимента, способны возникать и развиваться достаточно быстро.