نقشه برداری جدول زمانی تکاملی و توزیع جمعیت کپسول بیرونی محافظ E. coli

در یک مطالعه جدید که امروز (15 ژوئن) در Nature Communications منتشر شد، یک تیم چند مرکزی به رهبری مؤسسه Wellcome Sanger، دانشگاه اسلو، کالج امپریال لندن و UCL، برای اولین بار جدول زمانی تکامل و توزیع جمعیت را ترسیم کرده است. از کپسول بیرونی محافظ اشریشیا کلی، که مسئول حدت این باکتری است. این مطالعه همچنین نشان می دهد که چگونه هدف قرار دادن لایه محافظ این باکتری می تواند به درمان عفونت های خارج روده ای کمک کند.

این کار جدید بر زیر مجموعه خاصی از E. coli با یک کپسول خاص – سد خارج سلولی که یک باکتری را احاطه کرده است – که دانشمندان آن را K1 نامیده اند. E. coli این نوع کپسول باعث بیماری های تهاجمی مانند عفونت خون یا کلیه و مننژیت در نوزادان می شود. این به این دلیل است که این پوشش خاص به آنها امکان تقلید از مولکول های موجود در بافت های انسانی را می دهد و بدون توجه به بدن وارد می شود.

محققان شواهدی ارائه می‌کنند که نشان می‌دهد هدف قرار دادن کپسول می‌تواند به عنوان مبنای درمان مورد استفاده قرار گیرد و راه را برای پیشگیری از جدی شدن بیماری هموار کند. E. coli عفونت ها

E. coli یکی از علل شایع عفونت های مجاری ادراری و جریان خون است و می تواند باعث مننژیت در نوزادان نارس و ترم شود که میزان مرگ و میر آن تا 40 درصد است (2). علاوه بر این، افزایش مقاومت در برابر ویروس بیش از حد و چند دارو E. coli در طول دهه گذشته به این معنی است که توسعه راهبردهای موثر برای پیشگیری و درمان E. coli اکنون فوریت شده است. درک آناتومی باکتری و اینکه چگونه این باکتری در ایجاد بیماری نقش دارد، برای پیشگیری از عفونت های جدی کلیدی است. دانشمندان تاکنون فاقد دانش اولیه در مورد شیوع، تکامل و ویژگی‌های عملکردی کپسول K1 بوده و ظرفیت آن‌ها برای مبارزه را محدود کرده است. E. coli عفونت ها

محققان مؤسسه Wellcome Sanger، دانشگاه اسلو، امپریال کالج لندن و UCL اکنون سیر تکاملی را ترسیم کرده اند. E. coli سویه، شیوع و توزیع آن. آنها با استفاده از ژنومیک جمعیت با وضوح بالا، توالی یابی کل ژنوم (3) و ابزارهای محاسباتی پیشرفته، 5065 نمونه بالینی را از کشورها و دوره های زمانی مختلف تجزیه و تحلیل کردند. داده‌ها شامل مجموعه‌های بزرگی از نمونه‌ها از بریتانیا و نروژ، نمونه‌های تازه تولید شده بزرگسالان و نوزادان از شش کشور مانند برزیل، مکزیک و لائوس و نمونه‌هایی از دوره قبل از آنتی‌بیوتیک – از سال 1932 به بعد بود (4).

آنها دریافتند که این کپسول مخصوصاً خطرناک – K1 – در واقع قدمت بیشتری در زمان دارد، تقریباً 500 سال زودتر از آنچه قبلا تصور می شد. این امر اهمیت کپسول را برای بقای باکتری و نقش سد خارج سلولی در موفقیت E. coli به عنوان عامل اصلی عفونت های خارج روده ای.

دکتر سرجیو آردوندو آلونسو، نویسنده ارشد این مطالعه از دانشگاه اسلو و موسسه ولکام سانگر، گفت: کشف امکان بازسازی تاریخ تکاملی کپسول K1 در نیم هزاره گذشته و دیدن آن بسیار هیجان‌انگیز بود. چگونه ژن‌های کپسول بارها و بارها توسط بسیاری از دودمان‌های مختلف این گونه بیماری‌زا در طول قرن‌ها به دست آمده‌اند. از آنجایی که نه شیوع و نه تاریخچه K1 شناخته شده بود، احساس می‌شد که ما وارد قلمروی واقعاً ناشناخته شده‌ایم و درک قابل‌توجهی از این مهم پیشرفت کرده‌ایم. گونه های بیماری زا.”

این مطالعه همچنین نشان می دهد که 25 درصد از کل جاری است E. coli سویه های مسئول عفونت خون حاوی اطلاعات ژنتیکی مورد نیاز برای ایجاد کپسول K1 هستند. به دست آوردن یک تاریخچه تکاملی کامل از این سویه اکنون به محققان این امکان را می‌دهد تا درک کنند که چگونه باکتری‌ها مواد ژنتیکی مسئول بیماری‌زایی شدید را در وهله اول به دست می‌آورند و راه‌های مبارزه با آنها را تجزیه و تحلیل می‌کنند.

محققان با استفاده از آنزیم‌های باکتریوفاژها، که ویروس‌هایی هستند که باکتری‌ها را «عفونت و از بین می‌برند»، توانستند سد خارج سلولی این باکتری را از بین ببرند و آن را در برابر سیستم ایمنی انسان آسیب‌پذیر کنند. محققان نشان دادند در درونکشتگاهی مطالعات با استفاده از سرم انسانی – بخشی مایع خون که معمولاً در مطالعات آزمایشگاهی استفاده می شود – که هدف قرار دادن این کپسول می تواند راهی برای درمان گسترده باشد. E. coli عفونت بدون استفاده از آنتی بیوتیک، مطابق با عفونت های تجربی قبلی در حیوانات (5).

ما به طور خاص پیشرفت‌هایی را نشان دادیم که با ترکیب میکروبیولوژی تجربی با ژنومیک جمعیت و ابزارهای مدل‌سازی تکاملی امکان‌پذیر شد تا پنجره‌ای را برای ترجمه یافته‌ها به عملکرد بالینی آینده باز کنیم. ما نشان می‌دهیم که هدف‌گیری درمانی کپسول K1 این پاتوژن‌ها را نسبت به سیستم ایمنی ما آسیب‌پذیرتر می‌کند و امکان پیشگیری از عفونت‌های جدی را ارائه می‌دهد. به عنوان مثال، می تواند به درمان نوزادان مبتلا به مننژیت ناشی از K1 کمک کند E. coliکه یک وضعیت نادر اما خطرناک است که با مرگ و میر بالا و اثرات نامطلوب طولانی مدت سلامتی همراه است.”

دکتر الکس مک کارتی، نویسنده ارشد این مطالعه از امپریال کالج لندن

پروفسور جوکا کوراندر، یکی از نویسندگان ارشد این مطالعه از موسسه ولکام سانگر و دانشگاه اسلو، گفت: “تحقیق ما اهمیت بررسی های ژنومی نماینده پاتوژن ها را در طول زمان و مکان نشان می دهد. این مطالعات ما را قادر به بازسازی تاریخچه تکاملی دودمان‌های باکتریایی موفق و مشخص کردن تغییرات دقیق در ساختار ژنتیکی آنها که می‌تواند به توانایی آنها در گسترش و ایجاد بیماری منجر شود. چنین دانشی در نهایت پایه‌ای را برای طراحی مداخلات و درمان‌های آتی علیه این پاتوژن‌ها فراهم می‌کند.”