Newswise — Mało znana bakteria — daleki kuzyn drobnoustrojów powodujących gruźlicę i trąd — staje się zagrożeniem dla zdrowia publicznego, które może powodować ciężkie infekcje płuc wśród wrażliwych populacji, osób z upośledzoną odpornością lub ograniczoną czynnością płuc.

Ostatnie badania wykazały, że różne szczepy bakterii, Mycobacterium abscessus, były genetycznie podobne, co podsycało obawy, że przenosi się z człowieka na człowieka.

Ale nowe badanie naukowców z Harvard Medical School opublikowane 22 maja w PNAS, podaje w wątpliwość te odkrycia, oferując alternatywne wyjaśnienie genetycznego podobieństwa klastrów klinicznych. Sugeruje to, że patogen może wcale nie być tak podatny na przenoszenie się z człowieka na człowieka.

„Nasze odkrycia stanowią mocne argumenty za innym wyjaśnieniem obserwowanych podobieństw genetycznych między szczepami” – powiedział starszy autor badania Maha Farhat, profesor nadzwyczajny informatyki biomedycznej Gilberta S. Omenna w HMS i ekspert chorób płuc w Massachusetts General Hospital. Farhat prowadził prace we współpracy z laboratorium Erica Rubina w Harvard TH Chan School of Public Health.

Wyniki, dodał Farhat, przemawiają przeciwko bezpośredniej transmisji między osobami w warunkach klinicznych i zamiast tego wskazują na M. abscessus infekcje nabyte w domu lub inne ekspozycje środowiskowe.

Oprócz wpływu na środki ostrożności, które szpitale podejmują w celu zapobiegania epidemiom, jest to ważna nowa wskazówka dotycząca zachowania stosunkowo nieznanego patogenu, który stanowi poważne zagrożenie dla wrażliwych populacji.

Badania nie tylko przyczyniają się do zrozumienia M. abscessus transmisji, ale sugeruje również, że naukowcy powinni być ostrożni w zakładaniu transmisji u ludzi, gdy widzą podobieństwa genetyczne w patogenach bardziej ogólnie, powiedziała pierwsza autorka badania Nicoletta Commins, która prowadziła badania jako doktorantka w HMS, a obecnie jest doktorem habilitowanym w Broad Institute .

„Nasze wyniki z pewnością nie odrzucają możliwości przenoszenia wirusa z osoby na osobę Mycobacterium abscessus w niektórych przypadkach potrzebne są dalsze badania, aby zapewnić najlepszą praktykę kliniczną dla wrażliwych pacjentów” – powiedziała. „Jednak nasza praca wspiera model, w którym transmisja między osobami może nie być tak powszechna, jak się czasem sugeruje”.

M. abscessus jest wytrzymałym drobnoustrojem wysoce odpornym na antybiotyki i może infekować płuca osób z obniżoną odpornością. Chociaż nie stanowi zagrożenia dla większości zdrowych osób, może powodować ciężkie infekcje u osób z obniżoną odpornością lub osób z upośledzoną czynnością płuc, takich jak pacjenci z mukowiscydozą, chorobą genetyczną charakteryzującą się nawracającymi infekcjami płuc i bliznami w płucach. Warto zauważyć, że pacjenci z mukowiscydozą, którzy zostali zarażeni tym organizmem, nie kwalifikują się do ratujących życie przeszczepów płuc.

Wcześniejsze badanie, które zaalarmowało o przenoszeniu się wirusa z człowieka na człowieka, opierało się na sekwencjonowaniu genetycznym M. abscessus próbki pobrane od pacjentów z mukowiscydozą w klinikach w Stanach Zjednoczonych, Australii i Europie, w tym w Wielkiej Brytanii. Naukowcy odkryli kilka mutacji genetycznych w próbkach – możliwy znak, że patogen rozprzestrzeniał się bezpośrednio między ludźmi.

Farhat wyjaśnił, że w przypadku wielu patogenów, takich jak na przykład gruźlica, niedawne przenoszenie się z człowieka na człowieka prowadzi do zaledwie kilku mutacji lub braku mutacji między dowolną parą próbek, po prostu dlatego, że patogen nie ma zbyt wiele czasu na uzyskanie mutacji genetycznych.

„Zrozumiałe, obserwując podobieństwo genetyczne między M. abscessus próbki wywołały wiele niepokoju i strachu przed tym, jak te organizmy mogą przenosić” – powiedziała.

Klinicyści, zwłaszcza w klinikach leczących pacjentów z mukowiscydozą, zaczęli podejmować dodatkowe środki ostrożności, aby zapobiec przeniesieniu. Jednak dalsze badania nie znalazły potwierdzających dowodów na to, że miało miejsce przenoszenie z człowieka na człowieka, co rodzi pytania o inne możliwe wyjaśnienia podobieństw genetycznych między próbkami.

Zespół Farhata postanowił zbadać hipotezę, że próbki wydają się genetycznie podobne, ponieważ patogen ewoluował w bardzo wolnym tempie.

„Myśleliśmy, że tak, zaobserwowałeś niewielką liczbę mutacji, ale nie wiemy, jak szybko te mutacje są nabywane” – wyjaśniła. „Może być wolniejszy, niż nam się wydaje, a powiązania między próbkami, które pojawiają się niedawno, mogą nie być”.

Naukowcy najpierw wykorzystali duży zbiór danych M. abscessus genomów, aby stworzyć „drzewo życia”, rodzaj genetycznego drzewa genealogicznego bakterii.

Przyjrzeli się gałęziom drzewa ze skupiskami genetycznie podobnych szczepów, a następnie spróbowali obliczyć tempo ich ewolucji. Odkryli, że te genetycznie podobne klastry ewoluowały około 10 razy wolniej niż typowe M. abscessus szczepy.

Następnie wykorzystali modelowanie komputerowe, aby ustalić, czy podobieństwa genetyczne można wytłumaczyć stosunkowo małą liczebnością populacji tych bakterii. Ale nawet gdy symulowali ekstremalne rozmiary populacji, wynik się nie zmienił. Był to wskaźnik, że wysokie podobieństwo genetyczne najlepiej tłumaczy wolniejsze tempo ewolucji.

Wreszcie naukowcy przeprowadzili eksperymenty, aby zobaczyć, jak szybko różne szczepy M. abscessus ewoluowały, aby rozwinąć oporność po wystawieniu na działanie antybiotyków w laboratorium. Odkryli, że genetycznie podobne szczepy ewoluowały znacznie wolniej niż inne szczepy.

„Są to trzy oddzielne linie dowodów potwierdzających tę ideę, z której te zgrupowane izolaty Mycobacterium abscessus ewoluują w wolniejszym tempie” – powiedział Farhat.

Oprócz zmniejszenia obaw związanych z przenoszeniem wirusa z człowieka na człowieka, odkrycia dostarczają nowych informacji na temat słabo poznanego patogenu.

W szczególności wyniki dostarczają wskazówek na temat tego, w jaki sposób pluskwa znajdująca się głównie w środowisku przystosowuje się i zmienia po wejściu do organizmu człowieka – informacje, które mogą pomóc naukowcom w końcu zrozumieć, jak zapobiegać infekcjom i je leczyć.

Farhat planuje teraz dalsze badania, które porównałyby bakterie w środowisku z próbkami pobranymi od pacjentów, aby lepiej zrozumieć, dlaczego niektórzy pacjenci ulegają zakażeniu.

Autorstwo, finansowanie, ujawnienia

Dodatkowymi autorami byli Mark R. Sullivan, Kerry McGowen

Evana Kocha i Erica Rubina. Prace były częściowo wspierane przez Damon Runyon Cancer Research Foundation, DRG-2415-20, z dodatkowym wsparciem ze strony Orchestra High Performance Compute Cluster w Harvard Medical School, finansowanej przez NIH NCRR 1S10RR028832-01.