Бактерии могут эволюционировать гораздо быстрее, чем считалось ранее

В исследовании, опубликованном сегодня в Cell, одном из наиболее авторитетных рецензируемых научных журналов в области биохимии и молекулярной биологии, ученые из Национального университета Сингапура — NUS, и Имперского колледжа Лондона обнаружили у бактерий новый способ передачи генов, позволяющий им эволюционировать гораздо быстрее.

Результаты исследования, проведенного под руководством доцента Джона Чена (John Chen) с кафедры микробиологии и иммунологии и Программы трансляционных исследований инфекционных заболеваний Медицинской школы NUS Yong Loo Lin (NUS Medicine), могут помочь ученым лучше понять, как патогенные бактерии эволюционируют и становятся все более вирулентными и устойчивыми к антибиотикам.

Способность обмениваться генетическим материалом является основной движущей силой эволюции микроорганизмов, поскольку она может в одно мгновение превратить доброкачественную бактерию в смертельно опасный патоген. Фаги, вирусы бактерий, могут выступать в роли проводников, позволяющих передавать гены от одной бактерии к другой в процессе, известном как генетическая трансдукция. В настоящее время известны три механизма трансдукции: генерализованный, специализированный и латеральный. Латеральная трансдукция была открыта теми же группами исследователей в 2018 году, и она как минимум в тысячу раз эффективнее, чем следующий по мощности механизм — генерализованная трансдукция.

Новый процесс получил название латеральной котрансдукции, а архитектором этой новой частоты и скорости в эволюции бактерий стали острова патогенности золотистого стафилококка (SaPIs) — эгоистичные элементы ДНК, которые используют и паразитируют фаги и часто встречаются интегрированными в хромосомы изолятов S. aureus. S. aureus — это вид бактерий, способных вызывать стафилококковые инфекции у людей и животных. Хотя в основном они проявляются в виде кожных инфекций, при распространении в кровоток и поражении органов, костей и суставов они могут стать опасными для жизни.

Профессор Хосе Р. Пенадес из отделения инфекционных болезней и директор Центра биологии бактериальной резистентности Имперского колледжа Лондона отметил:

Это открытие проливает свет на новый путь эволюции бактерий. Учитывая тревожный всплеск распространения антибиотикорезистентных бактерий, понимание механизмов эволюции бактерий становится все более важным.

Этот недавно открытый процесс — латеральная котрансдукция — по эффективности конкурирует с латеральной трансдукцией, но превосходит ее по универсальности и сложности. В то время как латеральная трансдукция, как известно, происходит только тогда, когда спящие фаги внутри бактериальных геномов реактивируются и начинают размножаться в литическом цикле, латеральная котрансдукция может происходить как в процессе реактивации, так и при инфицировании новых бактериальных клеток.

Кроме того, в отличие от фагов, которые жертвуют своими генами для передачи ДНК бактериального хозяина, SaPI могут переносить себя в полной сохранности вместе с бактериальной ДНК посредством латеральной котрансдукции. Эта замечательная способность позволяет им постоянно повторять этот процесс, что делает их значительно более мощными и эффективными в передаче бактериальных генов.

В ходе исследования ученые продемонстрировали, что бактерии могут эволюционировать гораздо быстрее, чем мы предполагали. Хотя генетическая трансдукция всегда была исключительной прерогативой фагов, наше исследование показало, что паразиты самых плодовитых паразитов на планете (фаги), вероятно, являются самыми мощными и эффективными трансдуцирующими агентами из всех известных на сегодняшний день.

Профессор Ченг Ви Джу (Chang Wee Joo), заместитель декана по научной работе NUS Medicine, сказал:

Это революционное открытие повлияет на наше понимание эволюции бактерий путем переноса генов и их потенциальных последствий для бактериальных инфекций и заболеваний. Это исследование также имеет первостепенное значение для обоснования безопасных решений по лечению в клинических условиях, и для нас большая честь, что наша работа опубликована в этом престижном журнале.

Рост числа супербактерий требует поиска новых способов лечения антибиотикорезистентных штаммов. Одним из таких методов, получивших широкое распространение в последние годы, является фаговая терапия, которая предполагает использование фагов для уничтожения вредоносных бактерий при инфекциях и заболеваниях. Однако вместо того, чтобы просто бороться с бактериями, некоторые терапевтические фаги могут оказаться невольными соучастниками SaPI или других родственных элементов, способных к латеральной котрансдукции.

По словам профессора Пенадеса, «этот процесс, вероятно, происходит и у других видов бактерий». Это новаторское открытие знаменует собой сдвиг парадигмы в нашем понимании эволюции бактерий и окажет огромное влияние на способы борьбы с антибиотикорезистентностью.

Их могут использовать для уничтожения бактерий в краткосрочной перспективе, но в долгосрочной перспективе они могут распространять вредные гены в другие клетки, что может привести к катастрофическим последствиям. С учетом нового способа понимания эволюционных механизмов развития болезнетворных организмов важно, чтобы терапевтические фаги проходили тщательную проверку, прежде чем их начнут использовать для лечения, — заключает доцент Чен.

04.08.2023


Подписаться в Telegram



Биосфера

TE&E: Животные потребляют алкоголь чаще, чем мы думаем
TE&E: Животные потребляют алкоголь чаще, чем мы думаем

Есть много анекдотов о том, как дики...

FCoSc: Гигантские крысы поборются с незаконной торговлей дикими животными
FCoSc: Гигантские крысы поборются с незаконной торговлей дикими животными

Раньше африканские гигантские крысы умели нахо...

JVIM: ИИ находит шумы в собачьем сердце с точностью 90%
JVIM: ИИ находит шумы в собачьем сердце с точностью 90%

Алгоритм, изначально разработанный для лю...

PNAS: Эпоху динозавров запустил лед, а вовсе не пламя
PNAS: Эпоху динозавров запустил лед, а вовсе не пламя

201,6 миллиона лет назад произошло массов...

RSTB: Социальные виды, включая людей, живут и размножаются дольше
RSTB: Социальные виды, включая людей, живут и размножаются дольше

Социальные виды живут дольше и размножают...

Science: Водные насекомые заменят пауков и мух в пищевой цепи
Science: Водные насекомые заменят пауков и мух в пищевой цепи

Животные должны получать достаточное количеств...

Nature Communications: Новый метод уменьшает количество пор в растениях
Nature Communications: Новый метод уменьшает количество пор в растениях

Химическое соединение, которое регулирует плот...

IPS&M: Инвазивные деревья могут приносить владельцам участков доход
IPS&M: Инвазивные деревья могут приносить владельцам участков доход

На брёвнах инвазивных деревьев можно выращиват...

AdFM: Сгруппировавшиеся фаги стали еще эффективнее бить бактерий
AdFM: Сгруппировавшиеся фаги стали еще эффективнее бить бактерий

Неожиданный результат при подготовке обра...

Science: Голодные бактерии берут своих жертв на абордаж
Science: Голодные бактерии берут своих жертв на абордаж

В мировом океане обитает множество бактерий, и...

ES&E: Пингвины в Африке охотно размножаются в искусственных гнездах
ES&E: Пингвины в Африке охотно размножаются в искусственных гнездах

Искусственные гнезда способствуют размножению ...

Vertebrate Zoology: На Мадагаскаре нашли пронзительно щебечущих лягушек
Vertebrate Zoology: На Мадагаскаре нашли пронзительно щебечущих лягушек

Исследователи обнаружили в тропических ле...

Evolution & Development: В Австралии нашли одну из самых ранних форм жизни
Evolution & Development: В Австралии нашли одну из самых ранних форм жизни

В Южной Австралии есть горный хребет. Под ...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Российские ученые предложили использовать вирус растений для лечения саркомы
Российские ученые предложили использовать вирус растений для лечения саркомы
Menopause: Ученые заподозрили роль эстрогена в развитии астмы
Menopause: Ученые заподозрили роль эстрогена в развитии астмы
AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику
AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику
FCoSc: Гигантские крысы поборются с незаконной торговлей дикими животными
FCoSc: Гигантские крысы поборются с незаконной торговлей дикими животными
В России разработали искусственные кости и новые методы лечения позвоночника
В России разработали искусственные кости и новые методы лечения позвоночника
TE&E: Животные потребляют алкоголь чаще, чем мы думаем
TE&E: Животные потребляют алкоголь чаще, чем мы думаем
Волнообразные упражнения со штангой: польза или вред
Волнообразные упражнения со штангой: польза или вред
JA&FC: Сорго обогащает рацион питания биоактивными соединениями
JA&FC: Сорго обогащает рацион питания биоактивными соединениями
Nature Communications: Жизнь все-таки можно повернуть назад
Nature Communications: Жизнь все-таки можно повернуть назад
МАИ: Дроны-дефектоскописты уступают человеку в точности, зато берут скоростью
МАИ: Дроны-дефектоскописты уступают человеку в точности, зато берут скоростью
EBioMedicine: Создан инструмент для выявления сепсиса у новорожденных
EBioMedicine: Создан инструмент для выявления сепсиса у новорожденных
Численное моделирование повысит эффективность 3D-печати из стали 316LSi
Численное моделирование повысит эффективность 3D-печати из стали 316LSi
Создан особо пластичный алюминиевый сплав для высокотехнологичных отраслей
Создан особо пластичный алюминиевый сплав для высокотехнологичных отраслей
Влияние цвета в архитектуре на самоконтроль человека: мнение эксперта МХПИ
Влияние цвета в архитектуре на самоконтроль человека: мнение эксперта МХПИ
Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ
Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ

Новости компаний, релизы

Международные эксперты оценили разработанную для нижегородского завода технологию
Регистрация сми на IV конгресс молодых ученых продлевается до 6 ноября
Фестиваль научных театров «Наука всем!» прошёл в Санкт-Петербурге
На старт! Внимание! MITEX!
Пироговская олимпиада для школьников по химии и биологии