Проанализировав геномные последовательности более чем 400 штаммов бактерий, вызывающих сибирскую язву, исследователи представили первые доказательства того, что серьезность - технически известная как вирулентность - конкретных штаммов может быть связана с количеством копий определенных плазмид. они несут. Плазмиды - это генетические структуры клетки, которые могут воспроизводиться независимо и ответственны за производство токсина сибирской язвы и других факторов вирулентности.
Исследование показало, что штаммы бактерий, собранные у людей и животных, как правило, имеют больше копий плазмид вирулентности, чем штаммы, собранные из источников окружающей среды. В исследовании, проведенном совместно учеными из Технологического института Джорджии и Центров по контролю и профилактике заболеваний (CDC), использовалась коллекция штаммов Bacillus anthracis, собранная CDC со всего мира, начиная с 1950-х годов.
«Существует гипотеза, что количество копий - количество копий плазмид - играет роль в том, насколько вирулентным является каждый штамм», - сказал Костас Константинидис, профессор Школы гражданского и экологического проектирования в Джорджии. Технологический Институт. «Мы хотим понять, какие штаммы более вирулентны, какие менее вирулентны, и чем объясняется эта разница. Это исследование предоставляет первое свидетельство того, что существует значительная разница в количестве копий плазмиды, которая может быть связана с вирулентностью. необходимо проверить эту новую гипотезу."
Об исследовании, спонсируемом CDC и Национальным научным фондом, было сообщено 14 августа в журнале mSystems с открытым доступом Американского общества микробиологии. В исследование было включено более 600 гигабайт данных, которые будут переданы другим исследователям, работающим над изучением сибирской язвы.
У B. anthracis две плазмиды, известные как pXO1 и pXO2, представляют собой автономные и независимые фрагменты ДНК, кодирующие токсин и другие факторы вирулентности. У бактерий подобные плазмиды имеют тенденцию перемещаться независимо от основных хромосом организма и могут переходить от одного штамма к другому с помощью генетических механизмов переноса ДНК. Бактериальная резистентность к антибиотикам также может передаваться, например, посредством движения плазмид. Интересно, что это исследование показало, что плазмиды сибирской язвы демонстрируют ограниченный генетический обмен между штаммами; скорее, они унаследованы от предка, подобно хромосомам.
«Эта работа и дополнительные анализы, проведенные в Технологическом институте Джорджии и Центре контроля заболеваний по этим геномам штаммов B. anthracis со всего мира, помогают дополнительно определить глобальное разнообразие этой угрозы для здоровья», - сказал Алекс Хоффмастер, руководитель отдела зоонотики Центра по контролю и профилактике заболеваний. Выберите Agent Lab и соавтора статьи.«Понимание большего количества штаммов и их распространения может помочь нам легче определить, были ли случаи сибирской язвы вызваны естественными или искусственными источниками, чтобы мы могли принять необходимые меры для защиты здоровья населения».
Исследование может также предоставить информацию о других организмах, сказал Константинидис. «Помимо B. anthracis, эта работа может помочь лучше понять потенциал вирулентности других организмов, несущих аналогичные плазмиды. Способность различать более вирулентные и менее вирулентные штаммы является более сложной задачей для микробиологии».
Исследование началось с исследователей из отдела патогенов и патологии с серьезными последствиями CDC, которые использовали методы нового поколения для секвенирования различных штаммов B. anthracis. Агентство предоставило свои данные в лабораторию Константинидис в Технологическом институте Джорджии, где ассистент-исследователь Анджела Пенья-Гонсалес провела биоинформатический анализ данных.
«Мы смогли использовать данные секвенирования для расчета корреляции числа копий с источником каждого штамма», - объяснила она. «Мы использовали всю длину плазмиды для подсчета числа копий, и наши результаты были основаны на анализе сотен штаммов, полученных из нескольких источников - людей, животных и окружающей среды, - а не только пары из них. преимущество нашего исследования."
Аналитические методы, разработанные в Технологическом институте Джорджии, позволили провести полное сравнение геномов более чем 400 геномов, что является серьезной задачей для науки о данных. Исследование показало, что геномы B. anthracis несут в среднем 3,86 и 2,29 копий плазмид pXO1 и pXO2 соответственно, и что существует положительная линейная корреляция между числами копий двух плазмид.
«Технология для секвенирования всего генома доступна, но обработка данных и их интерпретация еще не очень просты», - сказал Константинидис.«Сам объем данных требует особого процесса и значительного опыта. Способ, которым мы анализировали эти данные, не был доступен даже два года назад, когда мы начинали исследование».
Помимо возможной корреляции числа копий с вирулентностью, исследование также показало, что геном штаммов был на удивление последовательным. «Работа показывает, что эти плазмиды относительно стабильны, хотя мы обнаружили несколько штаммов с различными вариантами плазмид, которые, по-видимому, обладают ослабленной вирулентностью», - сказал он..
Следующим шагом будет дальнейшее изучение возможной корреляции между числом копий и вирулентностью в исследованиях на животных.
Константинидис надеется продолжить сотрудничество с CDC, чтобы лучше понять вирулентность и другие факторы сибирской язвы и других организмов, которые имеют значение для общественного здравоохранения.
«У CDC есть уникальные ресурсы, такие как эта коллекция штаммов сибирской язвы, и мы надеемся продолжить это сотрудничество, чтобы лучше понять, что происходит с этим и другими патогенами», - сказал он.«Есть много приложений для общественного здравоохранения и для улучшения нашего понимания базовой биологии этих организмов».
В дополнение к уже упомянутым, в работе участвовали Луис М. Родригес-Р из Технической школы гражданского и экологического проектирования Джорджии; и Чанг К. Марстон, Джей Э. Джи, Кристофер А. Гулвик, Кэри Б. Колтон, Эльке Сайле и Майкл Фрэйс из CDC.