Предоставлено: Лорен Соломон, Broad Communications
В поисках определяющего признака кишечной палочки, вызывающей инфекции мочевыводящих путей, сравнительные модели транскриптомики и инфекции показывают, что инфекция зависит как от среды хозяина, так и от уровней экспрессии генов в бактериях.
Примерно 50 процентов женщин в какой-то момент своей жизни будут страдать от инфекции мочевыводящих путей (ИМП). Еще у 20 процентов из них инфекция будет повторяться хотя бы один раз, а иногда и каждые несколько месяцев. ИМП чаще всего вызываются штаммами бактерий Escherichia coli, известными под общим названием уропатогенные E. coli (UPEC), но особенности, позволяющие UPEC инфицировать мочевой пузырь, плохо определены.
Чтобы лучше понять ИМП и потенциально предложить новые терапевтические стратегии, группа исследователей проанализировала 43 штамма E. coli, взятая у 14 женщин с рецидивирующими ИМП, и обнаружила, что инфекция зависит как от индивидуальной восприимчивости хозяина, так и от того, как бактерии экспрессируют свои гены. Этот новый взгляд на инфекцию может быть применим и к другим патогенам, у которых отсутствует определяющая генетическая подпись. Исследование, опубликованное в журнале Science Translational Medicine, возглавляли Генри Шрайбер IV, аспирант Вашингтонского университета и приглашенный научный сотрудник Института Броуда, Джонатан Ливни, старший научный сотрудник Программы инфекционных заболеваний и микробиома, Эшли Эрл, руководитель группы исследования Группа бактериальной геномики и Скотт Халтгрен из Вашингтонского университета.
Чтобы проверить, насколько хорошо отобранный UPEC может инфицировать хозяев в контролируемых условиях, исследователи проверили вирулентность 21 штамма на лабораторных мышах. Команда увидела разную степень серьезности инфекции, но результаты были неожиданными.
Предыдущие исследования UPEC выявили гены, которые, как считается, вызывают E. coli – мощная способность колонизировать мочевой пузырь. Однако многие E. coli, которые серьезно инфицировали модели мышей, не обладали этими генами вирулентности, и некоторые из этих штаммов превосходили штаммы с большим количеством генов. Полученные данные свидетельствуют о том, что роль этих факторов уровирулентности может быть важной только в одной из множества стратегий, используемых E. coli, чтобы заразить мочевой пузырь.
Дальнейшие сравнительные геномные и транскриптомные анализы показали, что тяжесть инфекции коррелирует с уровнями экспрессии определенных генов, общих почти для всех E. coli, включая гены, участвующие в подвижности и использовании питательных веществ. По мнению исследователей, ключевыми факторами уровня вирулентности являются вариации последовательности, которые влияют на экспрессию генов, а не на потенциал кодирования белков.
Кроме того, при тестировании на второй модели мыши некоторые из штаммов UPEC, которые успешно заразили первый, вызвали менее тяжелый исход. Основываясь на этих выводах, исследовательская группа предложила новую модель патогенеза, в которой каждая комбинация хозяина и штамма UPEC представляет собой уникальное сочетание потенциала бактериальной мочевирулентности и восприимчивости хозяина, и совместимость этой пары в конечном итоге определяет исход ИМП, включая тяжесть.
Таким образом, две женщины с ИМП могут иметь инфекции, вызванные схожими или радикально разными бактериями, а E. coli, вызывающий инфекцию мочевых путей у одного человека, может вообще не вызвать заболевание у другого из-за различий в генетике, поведении, истории болезни или других особенностях окружающей среды. Этот комплексный аналитический подход создает основу для будущих исследований с использованием различных точек зрения, чтобы лучше понять сложный танец между хозяином и патогеном.