Mechanizmy rekombinacji i koewolucja ludzkich patogenów
Uczestnicy projektu R-EVOLUTION PNEUMO (The role of recombination in evolution and epidemiology of bacterial pathogen Streptococcus pneumoniae) powiększyli zasób wiedzy o roli rekombinacji głównego patogenu bakteryjnego człowieka, czyli dwoinki zapalenia płuc (Streptococcus pneumoniae). Zastosowano podejście interdyscyplinarne bazujące na mikrobiologii ewolucyjnej, immunologii i epidemiologii chorób zakaźnych. Do wyjaśnienia dynamiki rekombinacji w obrębie populacji użyto generycznych modeli ewolucyjno-epidemiologicznych. Ponadto użyto pneumokokowych sekwencji całogenomowych do określenia powiązań między rekombinacją, odpornością, szczepieniem i lekoopornością. Analiza genetyczna celów szczepionek — polisacharydów kapsularnych — ujawniła, że loci te aktywnie ewoluowały poprzez rekombinację prowadzącą do pojawienia się nowych typów. Wiele ze znalezionych rekombinacji pochodziło z nieznanego źródła. Postawiono więc hipotezę, że wcześniej nieobserwowana różnorodność może pochodzić od blisko spokrewnionych bakterii. Porównanie najważniejszych grup serotypów ujawniło, że różnią się one stopniem rekombinacji i potencjalną szybkością przystosowywania. Sugeruje to, że w przyszłości szczepionki polisacharydowe mogą być selektywne względem nowych serotypów, co podkreśla istotność dalszych badań w tej dziedzinie. Analiza kilku linii pneumokoków pokazała, że ewolucja patogenu jest napędzana przez dwa różne mechanizmy: mikrorekombinację i makrorekombinację. Odkryto, że makrorekombiancja jest mechanizmem związanym z przełączaniem serotypu (zmianami serotypu wynikającymi z rekombinacji, nadającymi oporność na szczepionki) i z opornością na kilka głównych klas antybiotyków. Użyto również nowatorskiej metody wizualizacji genetycznej różnorodności antygenów bakteryjnych. Wynikła z tego nowa metoda analizy struktury populacji i identyfikacji mozaikowych loci (mozaicyzm polega na ekspresji genów w niektórych, lecz nie wszystkich komórkach danego osobnika). Umożliwi to w przyszłości szybką analizę oznak rekombinacji w olbrzymich zestawach danych. Projekt R-EVOLUTION PNEUMO pozwoli lepiej wyjaśnić rolę rekombinacji dwoinki zapalenia płuc w koewolucji z ludzkimi populacjami. Ponadto odkrycia uczestników projektu mogą być zastosowane do innych patogenów, takich jak dwoinka zapalenia opon mózgowo-rdzeniowych (Neisseria meningitidis), Salmonella enterica i Helicobacter pylori. Wiedza o przewidywanych długoterminowych odpowiedziach na obecne i przyszłe szczepionki pomoże w projektowaniu skuteczniejszych metod leczenia i ratowaniu życia pacjentów.
Słowa kluczowe
Rekombinacja, dwoinka zapalenia płuc, koewolucja, układ odpornościowy człowieka, sekwencja całego genomu, polisacharydy kapsularne, linie pneumokoków, loci mozaikowe
