U novoj studiji, objavljenoj danas u Nature Communications, tim sa više centara predvođen Institutom Vellcome Sanger, Univerzitetom u Oslu, Imperial College London i UCL, po prvi put je mapirao evolucionu vremensku liniju i distribuciju populacije zaštitne bakterije Escherichia coli. spoljna kapsula, koja je odgovorna za virulenciju bakterije. Studija takođe pokazuje kako ciljanje zaštitnog sloja bakterije može pomoći u lečenju ekstraintestinalnih infekcija.
Ovaj novi rad se fokusirao na određenu podskupinu E. coli sa specifičnom kapsulom — vanćelijskom barijerom koja okružuje bakteriju — koju su naučnici nazvali K1. Poznato je da E. coli sa ovom vrstom kapsula izaziva invazivne bolesti kao što su infekcije krvotoka ili bubrega i meningitis kod novorođenčadi. To je zato što im ovaj poseban poklopac omogućava da oponašaju molekule koji su već prisutni u ljudskim tkivima i neprimećeno uđu u telo.
Istraživači predstavljaju dokaze da se ciljanje kapsule može koristiti kao osnova lečenja, otvarajući put za sprečavanje ozbiljnih infekcija E. coli.
E. coli je čest uzrok infekcija urinarnog trakta i krvotoka i može izazvati meningitis kod prevremeno rođenih i terminskih novorođenčadi, sa stopom mortaliteta i do 40%. Štaviše, porast hipervirulentne i multirezistentne E. coli tokom poslednje decenije znači da je razvoj efikasnih strategija za prevenciju i lečenje E. coli postao hitan.
Razumevanje anatomije bakterije i načina na koji ona igra ulogu u izazivanju bolesti ključno je za prevenciju ozbiljnih infekcija. Naučnicima je do sada nedostajalo osnovno znanje o rasprostranjenosti, evoluciji i funkcionalnim svojstvima K1 kapsule, ograničavajući njihov kapacitet da se bore protiv infekcija E. coli.
Istraživači sa Vellcome Sanger instituta, Univerziteta u Oslu, Imperial College London i UCL su sada mapirali evoluciju ovog soja E. coli, njegovu prevalenciju i distribuciju. Koristeći populacionu genomiku visoke rezolucije, sekvenciranje celog genoma i napredne računarske alate, analizirali su 5.065 kliničkih uzoraka iz različitih zemalja i vremenskih perioda. Podaci su uključivali velike kolekcije uzoraka iz Velike Britanije i Norveške, novogenerisane uzorke odraslih i novorođenčadi iz šest zemalja, kao što su Brazil, Meksiko i Laos, između ostalih, i uzorke iz ere pre antibiotika – od 1932. nadalje.
Otkrili su da ova specifično virulentna kapsula – K1 – zapravo datira u prošlost, otprilike 500 godina ranije nego što se ranije zamišljalo. Ovo naglašava važnost kapsule za opstanak bakterije i ulogu ekstracelularne barijere u uspehu E. coli kao glavnog uzroka ekstraintestinalnih infekcija.
Dr Serđo Aredondo-Alonso, vodeći autor studije sa Univerziteta u Oslu i Instituta Vellcome Sanger, rekao je: „Bilo je uzbudljivo otkriti mogućnost rekonstrukcije evolucione istorije kapsule K1 tokom poslednjih pola milenijuma i pogledajte kako su gene kapsule sticane iznova i iznova od strane mnogih različitih linija ove vrste patogena tokom vekova. Pošto ni rasprostranjenost ni istorija K1 nisu bili poznati, osećalo se kao da smo ušli u zaista nepoznatu teritoriju i značajno napredovali u razumevanju ovog glavne vrste patogena.“
Studija takođe pokazuje da 25% svih trenutnih sojeva E. coli odgovornih za infekcije krvi sadrži genetske informacije potrebne za razvoj K1 kapsule. Dobijanje potpune evolucione istorije ovog soja sada će omogućiti istraživačima da razumeju kako bakterije uopšte dobijaju genetski materijal odgovoran za tešku virulenciju i analiziraju načine za borbu protiv njih.
Koristeći enzime iz bakteriofaga, koji su virusi koji inficiraju i ubijaju bakterije, istraživači su uspeli da uklone ekstracelularnu barijeru bakterije i učine je ranjivom na ljudski imuni sistem. Istraživači su u in vitro studijama koje su koristile ljudski serum — tečni deo krvi koji se obično koristi u laboratorijskim studijama — pokazali da ciljanje ove kapsule može biti način za široko lečenje infekcije E. coli bez upotrebe antibiotika, u skladu sa prethodnim eksperimentalnim infekcije kod životinja.
Dr Aleks Mekarti, stariji autor studije sa Imperijal koledža u Londonu, rekao je: „Konkretno smo demonstrirali napredak koji je moguć kombinovanjem eksperimentalne mikrobiologije sa populacionom genomikom i alatima za evoluciono modeliranje, kako bismo otvorili prozor za prevođenje nalaza u buduću kliničku praksu . Pokazali smo da terapeutsko ciljanje K1 kapsule čini ove patogene ranjivijim na naš imuni sistem i nudi mogućnost prevencije ozbiljnih infekcija. Na primer, može pomoći u lečenju novorođenčadi sa meningitisom izazvanim K1 E. coli, koji je retko, ali opasno stanje povezano sa visokom smrtnošću i ozbiljnim dugoročnim štetnim posledicama po zdravlje.“
Profesor Jukka Corander, jedan od starijih autora studije sa Instituta Vellcome Sanger i Univerziteta u Oslu, rekao je: „Naše istraživanje pokazuje važnost reprezentativnih genomskih istraživanja patogena tokom vremena i prostora. Ove studije će nam omogućiti da rekonstruišemo evolucionu istoriju uspešnih bakterijskih loza i precizne promene u njihovom genetskom sastavu koje mogu dovesti do njihove sposobnosti širenja i izazivanja bolesti. Takvo znanje na kraju pruža osnovu za dizajniranje budućih intervencija i terapija protiv ovih patogena.“
