Чтобы успешно заразить своих хозяев, бактериям необходимо обойти иммунную систему хозяина, чтобы размножаться и распространяться. В ходе эволюции хозяева, такие как люди, вырабатывают все более изощренные средства защиты от бактериальной инфекции, в то время как бактерии, в свою очередь, разрабатывают новые стратегии преодоления этих средств защиты в биологической гонке вооружений.
Эта конкуренция привела к развитию устойчивых к антибиотикам бактерий, для которых мало или совсем неэффективны медицинские препараты. Следовательно, существует все более острая потребность в новых препаратах для использования против таких бактерий.
Исследовательская группа из Университета Осаки дала новую надежду в борьбе с устойчивыми к антибиотикам бактериями, обнаружив генетический фактор, который важен для вирулентности Streptococcus pneumoniae. Эта бактерия вызывает сепсис, пневмонию и менингит и представляет серьезную угрозу для общественного здравоохранения во всем мире. Команда использовала молекулярный эволюционный анализ последовательностей генов, чтобы идентифицировать ген, которому в значительной степени удалось предотвратить мутацию в другие варианты, предполагая, что он необходим для инфекции и/или размножения этой бактерии.
В этой работе, о которой сообщается в журнале Communications Biology, команда сосредоточилась на генах, кодирующих белки, называемые холин-связывающими белками (CBP), которые присутствуют на поверхности бактериальной клетки и взаимодействуют с иммунной системой хозяина.
«Мы проанализировали все кодоны в генах, кодирующих CBP, и сравнили уровни их разнообразия, отражающие устойчивость каждого гена к мутациям», - говорит Шигетада Кавабата.«Мы обнаружили, что в гене cbpJ более 13% кодонов подвергались отрицательному отбору, а это означает, что если в этих областях происходили мутации, они снижали выживаемость бактерий и приводили к элиминации мутантов из популяции».
Это открытие побудило команду исследовать эффекты cbpJ. Они обнаружили, что когда мышей интраназально заражали S. pneumoniae дикого типа или с дефицитом cbpJ, у мышей с мутантными бактериями было больше шансов выжить, и у них было меньше бактерий в легких.
Затем мы культивировали CbpJ-дефицитные S. pneumoniae с нейтрофилами в среде и обнаружили, что мутантные бактерии, как правило, были менее способны выживать; однако, когда нейтрофилы отсутствовали в среде, они на самом деле выживали лучше, чем дикие -типа бактерий», - говорит ведущий автор Масая Ямагучи. «Это говорит о том, что cbpJ помогает бактериям избежать обнаружения и уничтожения нейтрофилами».
Тот факт, что ген cbpJ находится под строгим негативным селективным давлением, делает его особенно привлекательной мишенью для лекарств, поскольку это давление ограничивает вероятность появления устойчивых к лекарствам мутантов. Это исследование также показывает ценность молекулярно-эволюционного анализа для выявления новых мишеней для лекарств, в том числе среди факторов вирулентности пневмококков, особенно в сочетании с традиционными молекулярными микробиологическими подходами..