O ewolucji patogenów bakteryjnych

Niektóre bakterie należące do rzędu Rickettsiales stanowią czynniki wywołujące ludzkie choroby, np. tyfus lub erlichiozę. Wyjaśnienie procesu ewolucji tych ludzkich patogenów ze swobodnie żyjących bakterii pomoże w skuteczniejszym zwalczaniu takich chorób. W tym celu zainicjowano projekt RICKOCHET (Origin and evolution of host-association and pathogenicity in the Rickettsiales).

W ramach projektu RICKOCHET pobrano materiał genomiczny z linii alfa-proteobakterii, np. linii endosymbiotycznej, C36 i EI3 oraz trzech indywidualnych komórek alfa-proteobakterii. Z wód oceanicznych w Stanach Zjednoczonych wyizolowano O14 i N20, natomiast komórkę L4 wyizolowano z wody jeziora. Zespół projektowy wykorzystał sekwencjonowanie następnej generacji oraz genomikę pojedynczej komórki, aby wyjaśnić pochodzenie i ewolucję różnych gatunków i linii Rickettsiales.

Na początku badacze przygotowali biblioteki sekwencji oraz zebrali dane dotyczące sekwencji. Dzięki temu uzyskali niemal kompletne genomy C36 i EI3. W przypadku pojedynczych komórek wodnych (N20, O14 i L4) zdołali otrzymać częściowe genomy.

Badania doprowadziły do kilku istotnych spostrzeżeń. Po analizie C36 i EI3 wykryto, że zawierają one kilka genów zaangażowanych w takie same procesy interakcji z żywicielem, jakie występują w przypadku ludzkich patogenów należących do rzędu Rickettsiales. Wyniki sugerują, że interakcja z amebami (w tym przypadku — żywicielami C36 i EI3) przyspieszyła ewolucję międzykomórkowych patogenów bakteryjnych. Wyniki opublikowano w dwóch artykułach.

Po analizie 50% genomu komórki L4 odkryto, że jest to bardzo rozwinięta linia rodziny Rickettsiaceae. Posiada ona zarówno geny odpowiadające ze tryb życia wiciowego, jak i pasożytniczego. Jest to brakujące ogniwo wyjaśniające pojawienie się rodziny Rickettsiaceae. Dalsze analizy tej linii powinny zapewnić dodatkowe informacje na ten temat.

Genomy O14 i N20 stanowią część kladu alfa-protebakterii, podobnie jak rząd Rickettsiales, i nie przejawiają oznak międzykomórkowego trybu życia. Dalsze analizy porównawcze powinny umożliwić lepsze zrozumienie czynników wpływających na wykształcenie międzykomórkowego trybu życia rzędu Rickettsiales.

Dzięki odkryciom projektu RICKOCHET uzyskano podstawę do przeprowadzenia badań nad zmianami genetycznymi rozwijającymi patogenność bakteryjną. Potencjalne zastosowania wyników projektu obejmują m.in. opracowanie leków, szczepionek i rozwój inżynierii bakteryjnej.