Число жертв кишечной инфекции в Европе достигло 40 человек, заражёнными остаются тысячи. Есть основания полагать, что «овощная» инфекция уже перебралась через океан в США и Канаду. Учёные высказывают самые разные предположения о природе патогена и путях его распространения. Суммировать последние данные попытался немецкий научный журналист Кай Купфершмидт (Kai Kupferschmidt), статья которого недавно была опубликована в журнале Science.

Когда в 1892 году в Гамбурге свирепствовала холера, убившая тысячи людей, знаменитый эпидемиолог Роберт Кох установил, что источником инфекции была загрязнённая питьевая вода. Однако существовавшие в то время микробиологические методы не позволили ему выделить самих бактерий, вызывающих холеру. Сегодня учёные столкнулись с другой проблемой – неизвестен источник смертельно опасной энтерогеморрагической кишечной палочки (ЭГКП).

Хотя кишечная палочка (Escherichia coli) – часть естественной микрофлоры нашего кишечника и многие её штаммы не патогенны для человека, «овощной» штамм изначально классифицировался всеми как ЭГКП, поскольку выделял токсин Шига (основной токсин бактерий рода Shigella, к которым относится и возбудитель дизентерии). Этот токсин проникает в клетки кишечного эпителия и подавляет в них синтез белка. В результате клетки разрушаются и гибнут, что приводит к спастическим болям в животе и тяжёлой диарее. В некоторых случаях токсин атакует почки и вызывает гемолитико-уремический синдром.

По мере распространения инфекции микробиологи получали всё новые образцы возбудителя. В конце концов один датский научный сотрудник китайского происхождения предложил отправить ДНК бактерии в Пекин для анализа последовательности ДНК. О расшифровке генома ЭГКП китайцы объявили 2 июня 2011 года и выложили данные в интернет. В тот же день аналогичные результаты получили немецкие учёные, а на следующий день – английские. У специалистов из разных стран появилась возможность сравнить новый геном с другими штаммами кишечной палочки и другими видами бактерий.

Результаты оказались поистине удивительными. Анализ ДНК немецкого штамма выявил, что микроб – не типичная ЭКГП: 93 процента его генома сопоставимы со штаммом 55989, который относится к энетроагрегационным кишечным палочкам (ЭАКП). Ранее этот штамм был обнаружен у ВИЧ-инфицированного пациента из Центральноафриканской республики, страдающего хронической диареей. Дело в том, что штаммы ЭАКП гораздо успешнее заселяют кишечник человека, чем ЭГКП, но при этом, как правило, не несут ген токсина Шига. Получается, что «овощной» микроб представляет собой типичный ЭАКП, который приобрёл токсин Шига.

Такая генетическая конструкция объясняет многие патогенные особенности микроба. Например, то, что он вызывает тяжёлую почечную недостаточность у здоровых молодых людей. Это определяется его способностью к массированной колонизации кишечника и, соответственно, выделению значительно больших количеств токсина Шига, чем это мог бы сделать любой штамм ЭКГП.

Недавно из Пекинского института генома пришли последние уточнения структуры генома «овощного» микроба. Структурные карты бактериального генома и трёх плазмид находятся в свободном доступе, и все желающие могут с ними ознакомиться. Утверждается, что это окончательные данные, в которых отсутствуют пробелы, имевшиеся после первичной расшифровки генома.

Одна из картированных плазмид обладает высоким сходством с плазмидой, выделенной ранее из лошади, и несёт гены множественной устойчивости к антибиотикам. Другая несёт гены вирулентности, позволяющие микробу «процветать» в нашем кишечнике. Кроме того, в ходе филогенетического анализа было обнаружено, что ген токсина Шига, скорее всего, был перенесён от другой бактерии с помощью профага (ДНК бактериального вируса) в результате горизонтального переноса генов.

Исследователи отмечают, что в геноме нового микроба присутствует множество «горячих точек встраивания». Это означает, что выявленный патоген «изначально предрасположен» к активному приобретению генов от других бактерий путём горизонтального переноса генов. Этот факт также объясняет, почему патоген проявляет некоторые особенности ЭГКП.

Остаётся, однако, два важных вопроса: почему женщины болеют чаще мужчин и откуда идёт заражение? В начале вспышки инфекции было обнаружено, что инфицированные женщины чаще употребляли в пищу сырые помидоры, огурцы и салат накануне госпитализации. Тогда же немецкие власти объявили основным источником заразы испанские огурцы. Но штамм, выделенный из огурцов, попавших в рестораны, на которые пало подозрение, не имел ничего общего со штаммом, выделенным из организма заболевших.

Позже возникло другое объяснение: микроб попал на овощи в результате загрязнения навозом домашних животных. Однако и оно подвергается аргументированной критике. Хотя ЭАКП могут обитать в кишечном тракте жвачных животных, они гораздо более приспособлены к организму человека, и именно наш кишечник служит природным резервуаром этих штаммов кишечной палочки. Поэтому немало учёных считают, что «овощной» штамм возник уже давно, а потом, за десять с лишним лет, приобрёл множественную устойчивость к антибиотикам.

Другие специалисты полагают, что это совершенно новый патогенный штамм кишечной палочки, возникший в результате слияния геномов ЭГКП и ЭАКП (такое в принципе возможно), и что необходимо для него придумать новое название. Противники этой точки зрения справедливо указывают на то, что штаммы ЭАКП, вырабатывающие токсин Шига, ранее уже были известны (впервые – в 1998 году). Они полагают, что новый микроб вряд ли может быть плодом загадочной рекомбинации геномов двух штаммов.

Мы явно недооцениваем пластичность бактериальных геномов. Возможно, их эволюция способна проходить с невероятной скоростью по неизвестным до сей поры сценариям. В таком случае необходимо учитывать, что подобная ситуация в скором времени может возникнуть в другом месте.

Источники информации:

1. Kai Kupferschmidt. Scientists Rush to Study Genome of Lethal E. coli. Science (2011) Vol. 332 no. 6035 pp. 1249–1250 DOI: 10.1126/science.332.6035.1249
2. Beijing Genome Institute. News Center.