Проект генома Escherichia coli XVI века, связанный с оппортунистической инфекцией желчи.

Aug 09, 2023

Биология связи, том 5, Номер статьи: 599 (2022) Цитировать эту статью

12 тысяч доступов

557 Альтметрический

Подробности о метриках

Escherichia coli – одна из наиболее изученных бактерий и серьезная проблема общественного здравоохранения – остается невидимой во времени. Здесь мы представляем тщательную реконструкцию первого древнего генома кишечной палочки из желчного камня 16-го века итальянской мумии, больной хроническим холециститом. Мы выделили древнюю ДНК и реконструировали древний геном кишечной палочки. Он состоял из одной хромосомы с 4446 генами и двух предполагаемых плазмид с 52 генами. Штамм E. coli принадлежал к филогруппе А и имел исключительно редкий последовательность типа 4995. Гены компонентов системы секреции типа VI, по-видимому, были горизонтально приобретены от Klebsiella aerogenes, однако мы не смогли идентифицировать какие-либо гены, специфичные для патовара, или какую-либо приобретенную устойчивость к антибиотикам. Анализ на мышах с сепсисом показал, что близкородственный современный штамм E. coli был авирулентным. Наша реконструкция этой древней кишечной палочки помогает нарисовать более полную картину бремени оппортунистических инфекций прошлого.

Восстановление ДНК древних патогенов (дДНК) у человеческих жертв почти исключительно сосредоточено на исторически значимых событиях смертности, таких как Черная смерть, раскрывая эволюционную историю канонических патогенов, таких как Yersinia pestis, Mycobacterium Tuberculosis1 и вирус натуральной оспы. Напротив, большая часть человеческой заболеваемости и смертности является результатом оппортунистических инфекций, которые часто оставались незамеченными в прошлом. Условно-патогенные микроорганизмы, не имеющие исторических данных, такие как Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa и Staphylococcus aureus, недостаточно изучены по сравнению с их современным бременем для современного человека2. Они определяются их способностью инфицировать в периоды стресса, дисбаланса или беспокойства, будучи при этом комменсальными или сапрофитными3. Оппортунистические инфекции, вероятно, играли важную роль в смертности людей в нашем общем прошлом и, таким образом, оказали более широкое влияние на здоровье человека, чем можно или было измерено.

Фактором, затрудняющим идентификацию исторически недостаточно изученных патогенов, является то, что возникшие в результате инфекции, вероятно, были преимущественно оппортунистическими. То есть они бессимптомно колонизировали окружающую среду, не оставляя никаких идентифицируемых патологий, и поэтому их нелегко идентифицировать в человеческих останках4. Исследования древней ДНК обычно фокусируются на облигатных патогенах, таких как M. leprae, Salmonella enterica и Y. pestis, которые легко коррелируют с патологически отличными или исторически значимыми событиями смертности и, как таковые, легко распознаются как чужеродные в данных чтения древней метагеномной ДНК человека5, 6,7. Оппортунистические инфекции требуют дополнительной проверки подлинности из-за их повсеместного распространения в качестве загрязнителей окружающей среды и современных комменсальных штаммов. Историческая идентификация этих патогенов позволит тщательно оценить их эволюционную историю и континуум комменсальных патогенов, определяемый увеличением и потерей генного содержания по мере того, как штаммы модулируют вирулентность хозяина или уменьшают ее.

E. coli является одним из таких патогенов. Это распространенная комменсальная бактерия, обнаруженная в микробиоме кишечника позвоночных8, которая также может стать условно-патогенным микроорганизмом при определенных условиях9. E. coli оказывает такое большое влияние на наши системы здравоохранения, что она является объектом нескольких усилий по разработке вакцин, направленных на смягчение воздействия наиболее патогенных штаммов10. Будучи ответственной за несколько вспышек пищевых отравлений и став ведущим возбудителем смертности, вызванной устойчивостью к противомикробным препаратам, E. coli, таким образом, является ключевой бактерией, используемой в надзоре за общественным здравоохранением11.

Глобальная выборка штаммов E. coli дает дерево с несколькими уникальными филогенетическими группами и вкраплениями патоваров12. В то время как филогенетические отношения между штаммами строятся на основе генетического сходства, патовары определяются чертами вирулентности их членов. Во многих случаях члены одного и того же патовара группируются в одной кладе, однако, поскольку гены вирулентности могут приобретаться горизонтально, некоторые патовары, такие как энтероагрегатная E. coli, распределяются по нескольким филогенетическим группам12. Это поразительное разнообразие и эволюционные переходные состояния среди штаммов E. coli подчеркивают их геномную пластичность и эволюционную универсальность в этом вышеупомянутом континууме. Древние геномы кишечной палочки дадут полезную информацию о силах, влияющих на возникновение комменсализма и патогенности бактерий. Здесь мы описываем реконструкцию генома E. coli XVI века, выделенного из желчного камня итальянского дворянина Джовани д'Авалоса (1538–1586), подчеркивая геном с комменсальными характеристиками.