Przełomowa analiza genetyczna bakterii wywołujących boreliozę utorowała drogę do dokładniejszej diagnostyki, metod leczenia i szczepionek.

Dzięki sekwencjonowaniu genomów 47 szczepów naukowcy mogą teraz zidentyfikować konkretne bakterie wywołujące chorobę, co pozwoli na bardziej ukierunkowane interwencje.

Mapowanie krajobrazu genetycznego choroby Lyme

Analiza genetyczna bakterii wywołujących boreliozę może utorować drogę do lepszej diagnostyki, leczenia i zapobiegania chorobie przenoszonej przez kleszcze.

Mapując kompletny skład genetyczny 47 szczepów bakterii wywołujących chorobę Lyme z całego świata, międzynarodowy zespół stworzył potężne źródło do identyfikacji konkretnych szczepów bakterii, które zakażają pacjentów. Naukowcy stwierdzili, że może to umożliwić dokładniejsze testy diagnostyczne i leczenie dostosowane do dokładnego typu lub typów bakterii wywołujących chorobę każdego pacjenta.

„To kompleksowe, wysokiej jakości badanie sekwencjonowania boreliozy i powiązanych z nią bakterii stanowi podstawę do dalszego rozwoju tej dziedziny” – powiedział Steven Schutzer, profesor Rutgers New Jersey Medical School i współautor badania opublikowanego w mBio„Każdy współczesny projekt badawczy — od badań klinicznych po zdrowie publiczne, ekologię i ewolucję, fizjologię bakterii, rozwój narzędzi medycznych i interakcję gospodarza z bakteriami — skorzysta na tej pracy.

Odkrywanie ewolucji bakterii wywołujących chorobę Lyme

Naukowcy stwierdzili, że informacje genetyczne odkryte w tym badaniu — wyjaśniające, w jaki sposób bakteria ewoluuje i rozprzestrzenia się oraz jakie geny są niezbędne do przetrwania — mogą pomóc naukowcom w opracowaniu skuteczniejszych szczepionek przeciwko boreliozie.

Choroba Lyme jest najpowszechniejszą chorobą odkleszczową w Ameryce Północnej i Europie, dotykającą setki tysięcy ludzi rocznie. Choroba ta jest wywoływana przez bakterie z Borrelia burgdorferi sensu lato grupa, które są przenoszone na ludzi poprzez ukąszenie zakażonych kleszczy. Objawy często obejmują gorączkę, ból głowy, zmęczenie i charakterystyczną wysypkę skórną. Bez leczenia infekcja może postępować, prowadząc do poważniejszych powikłań dotyczących stawów, serca i układu nerwowego.

Liczba zachorowań stale rośnie – w USA co roku notuje się 476 000 nowych przypadków – i może rosnąć jeszcze szybciej w związku ze zmianami klimatycznymi – twierdzą naukowcy.

Sekwencjonowanie genomów bakterii Lyme

Zespół badawczy przeprowadził sekwencjonowanie kompletnych genomów bakterii wywołujących chorobę Lyme, reprezentujących wszystkie 23 znane gatunki gatunek w grupie. Większość z nich nie została zsekwencjonowana przed tym wysiłkiem. Narodowe Instytuty Zdrowia– finansowany przez rząd projekt obejmował wiele szczepów bakterii najczęściej wywołujących zakażenia u ludzi, a także gatunki, o których wcześniej nie wiadomo było, że powodują choroby u ludzi.

Porównując te genomy, naukowcy zrekonstruowali historię ewolucji bakterii boreliozy, śledząc ich początki miliony lat wstecz. Odkryli, że bakterie prawdopodobnie powstały przed rozpadem starożytnego superkontynentu Pangea, wyjaśniając obecne rozmieszczenie na całym świecie.

Wymiana genetyczna i adaptacja u bakterii

Badanie ujawniło również, w jaki sposób te bakterie wymieniają materiał genetyczny w obrębie i między gatunkami. Ten proces, znany jako rekombinacja, pozwala bakteriom szybko ewoluować i dostosowywać się do nowych środowisk. Naukowcy zidentyfikowali konkretne gorące punkty w genomach bakterii, w których ta wymiana genetyczna zachodzi najczęściej, często obejmując geny, które pomagają bakteriom wchodzić w interakcje z ich wektorami kleszczowymi i żywicielami zwierzęcymi.

„Dzięki zrozumieniu, w jaki sposób te bakterie ewoluują i wymieniają materiał genetyczny, jesteśmy lepiej przygotowani do przewidywania i reagowania na zmiany w ich zachowaniu, w tym potencjalne zmiany w ich zdolności do wywoływania chorób u ludzi” – powiedział Weigang Qiu, profesor biologii na City University of New York i starszy autor badania.

Narzędzia do przyszłych badań i zwalczania choroby Lyme

Aby ułatwić trwające badania, zespół opracował internetowe narzędzia programowe (BorreliaBase.org), które umożliwiają naukowcom porównywanie Borelioza genomu i zidentyfikować czynniki determinujące jego zdolność do zakażania ludzi.

Patrząc w przyszłość, naukowcy planują przeanalizować więcej szczepów bakterii wywołujących chorobę Lyme, szczególnie z niedostatecznie zbadanych regionów. Chcą również zbadać funkcje genów unikalnych dla szczepów wywołujących choroby, co może ujawnić nowe cele interwencji terapeutycznych.

Ponieważ takie czynniki jak zmiana klimatu przyczyniają się do zwiększenia zasięgu geograficznego choroby z Lyme, badania te dostarczają cennych narzędzi i spostrzeżeń, które mogą pomóc w walce z tym rosnącym zagrożeniem dla zdrowia publicznego.

„To pionierskie badanie, zbiór prac, który dostarcza naukowcom danych i narzędzi do lepszego dostosowywania leczenia przeciwko wszystkim przyczynom choroby z Lyme i zapewnia ramy do podobnych podejść do innych chorób zakaźnych wywoływanych przez patogeny” — powiedział Benjamin Luft, profesor medycyny im. Edmunda D. Pellegrino w Renaissance School of Medicine na Uniwersytecie Stony Brook.

Więcej informacji na temat tych badań można znaleźć w artykule Mapowanie DNA choroby Lyme: przełom, który może zrewolucjonizować leczenie.

Odniesienie: „Dobór naturalny i rekombinacja w loci lipoprotein oddziałujących z gospodarzem napędzają dywersyfikację genomu choroby z Lyme i pokrewnych bakterii” autorstwa Saymona Akthera, Emmanuela F. Mongodina, Richarda D. Morgana, Lii Di, Xiaohua Yang, Maryny Golovchenko, Natalie Rudenko, Gabriele Margos, Sabriny Hepner, Volkera Fingerle, Hirokiego Kawabaty, Any Cláudii Norte, Isabel Lopes de Carvalho, Marii Sofii Núncio, Adriany Marques, Stevena E. Schutzera, Claire M. Fraser, Benjamina J. Lufta, Sherwooda R. Casjensa i Weiganga Qiu, 15 sierpnia 2024 r., mBio.
DOI: 10.1128/mbio.01749-24

Wśród 20 autorów badania znaleźli się również Claire Fraser i Emmanuel Mongodin z Uniwersytet Maryland School of Medicine i Sherwood Casjens z University of Utah School of Medicine. Badania były również wspierane przez Steve and Alexandra Cohen Foundation.