Кишечная палочка — самое изученное существо на свете. Сначала определили последовательность генома стандартного лабораторного штамма. Известно было, что лабораторные штаммы или линии, которые были выделены в разное время, немножко отличаются друг от друга. Одни умеют питаться каким-то сахаром, другие не умеют. Одни могут синтезировать какое-то необходимое вещество, другие получают его только из внешней среды. Так их и различали по биохимическим особенностям. Потом определили последовательности геномов: сначала первый, потом второй и третий, и оказалось, что геном кишечных палочек может отличаться друг от друга на треть.

1

В тех участках, которые для этого генома являются общими, последовательности совпадают практически тождественно на 99%. Совершенно очевидно, что это один геном. При этом есть куски, которые у одних есть, а у других их просто нет. Если вы посмотрите на десятки новых кишечных палочек, то окажется, что доля генов, которая общая для всех, и есть во всех кишечных палочках, довольно мала, меньше четверти. С другой стороны, каждый новый геном, который вы добавляете, приносит несколько десятков новых генов, которых в предыдущих штаммах не было.

2

Возникает вопрос, что в этой сердцевине и что на этой периферии. В сердцевине у них сидят обязательные гены, участвующие в базовых клеточных процессах. Они есть у всех: гены базового метаболизма и то, что определяет индивидуальность кишечной палочки, отличает ее от других бактерий.

На периферии очень много генов, которые, на самом деле, встречаются у очень маленького количества штаммов или практически уникальны. Обычно эти гены не очень интересные, это фаги, которые встроились в геном, и ясно, что очень скоро оттуда вылетят. В основном эти гены происходят из мобильных элементов. С точки зрения метаболизма, они не очень интересны, но зато они часто бывают задействованы в патогенезе.

3

Интересны метаболические функции, которые присутствуют только у части штаммов. Скажем, некоторые умеют синтезировать цианокобаламин, витамин В12, некоторые — нет. Или же некоторые умеют питаться жирными кислотами, а другие — нет. С точки зрения человека, очень интересны гены, которые определяют патогены. Одна кишечная палочка в кишечнике живет, и слава богу, ее там мало, и она никому не мешает. А другая кишечная палочка попадает в кишечник и начинается дизентерия. Она умеет продуцировать токсин, который раздражает клетки эпителия, и происходит локальное воспаление. Или она умеет делать белок, благодаря которому она плотно цепляется к эпителию, и опять-таки производит токсин.

Рекомендуем по этой теме:
4389
Кишечная палочка

4

Как правило, эти гены не универсальные, иначе кишечная палочка была бы универсальным патогеном. Они разные в разных штаммах, причем они определяют клинические проявления. Есть уропатогенные генетические палочки, которые в урогенитальном тракте плохо себя ведут. Есть энтерогемморагические кишечные палочки, которые вызывают кровотечение из кишечника. Более того, то, что стало ясно после определения геномной последовательности, что бактерии, которые относили даже к другому роду — Shigella — возбудители дизентерии, на самом деле просто кишечные палочки, которые приобрели систему токсичности, которая приводит к клиническим проявлениям дизентерии. Shigella — это просто клон внутри кишечных палочек.

5

Очень много историй появляется, когда бывают какие-то инфекционные вспышки. Была история про несчастных японских детей, которые отравились салатом с кишечной палочкой. Была история в Германии, когда какое-то количество народу отравилось кишечной палочкой. Это просто означает, что в пищевую цепочку человека, в пищевые продукты попадает штамм с носителем какого-то нового токсина, с которым человек раньше не встречался, поэтому не имеет иммунитета, или он пробивает иммунитет. Соответственно, случается вспышка кишечной инфекции. Она обычно бывает быстро локализована при хорошей эпидемиологической работе. Но довольно часто определить источник так и не удается.

У человека в животе живет довольно плотное бактериальное сообщество, в которое просто так не вторгнешься. Это как на рынок: если ты пришел на рынок и стал торговать, то скорее всего тебе дадут в глаз и ты там не окажешься. А если ты пришел на рынок с пятнадцатью друзьями и стал торговать, шансов закрепиться гораздо больше. Соответственно, если у человека слабый иммунитет, какие-то неполадки с собственной микрофлорой — он заболевает, даже получив небольшую дозу патогена, а если все в порядке, то он с ней справляется.

6

Возможность бактерий приобретать патогенные свойства у разных видов разная и по-видимому у подавляющего большинства бактерий, которые живут с человеком, таких шансов нету. А среди красивых примеров, когда такое появлялось — кишечные палочки, которые время от времени становятся патогенами, или чумная палочка Yersinia pestis, она как Shigella, является молодым клоном, группой родственных штаммов, которые выделились из совершенно другой Yersinia, их предка Yersinia pseudotuberculosis, возбудителя более мягкого заболевания. И, по-видимому, самый яркий пример — это сибирская язва, Bacillus anthracis, потому что это тоже клон совершенно безобидной почвенной бактерии Bacillus cereus. У нее есть два отпрыска — возбудитель сибирской язвы у человека и млекопитающих, а еще есть возбудитель очень страшной болезни насекомых, который убивает, в частности, колорадских жуков — есть пестициды, созданные на основе токсина из этой бактерии: он для насекомых смертелен, а на человека не действует.

Рекомендуем по этой теме:
7066
Прямая речь: Михаил Гельфанд

7

На самом деле, вопросы динамики взаимоотношений между разными штаммами, то как они обмениваются генами, за счет чего поддерживается связность — это очень интересная проблема для изучения. При всех условностях, мы может говорить про кишечную палочку как про вид. И что, например, Shigella sonnei является представителем того же вида, чего мы раньше не осознавали. За счет чего поддерживается базовая функциональная однородности, описано довольно плохо. Раньше невозможно было этим заниматься, потому что не было материала. Если для некоторых видов появляется десятки геномов, то мы уже можем динамику исследовать более содержательно. Есть, например, чудесный проект в Норвегии, где будут определять последовательность 200 штаммов стафилококков, смотреть как распространяется устойчивость к метициллину. А это практически антибиотик последней линии защиты. Устойчивость к нему — это вещь страшно опасная.