Цивилизация
Туберкулез в XVII–XIX веках убивал каждого пятого жителя Европы и Северной Америки. Он и сегодня остается смертельно опасным инфекционным заболеванием, без лечения убивает половину заразившихся людей. Каждый год на счету туберкулеза 1–2 млн смертей, главным образом в развивающихся странах.
Основная проблема, с которой сталкиваются врачи при лечении туберкулеза, – это лекарственная устойчивость, быстро возникающая у возбудителя, бактерии Mycobacterium tuberculosis, благодаря которой он ускользает от действия терапии. И чем больше лекарственных средств изобретают ученые для атаки на микобактерии, тем больше устойчивых штаммов появляется.
Победить лекарственную устойчивость туберкулеза – эту задачу пытаются решить ученые во всем мире, используя современные молекулярно-генетические методы.
Результаты четырех независимых исследований на эту тему появились 2 сентября в журнале Nature Genetics. Все они основаны на секвенировании генома разных штаммов M. tuberculosis для поиска участков ДНК, предположительно отвечающих за лекарственную устойчивость.
Так, Маха Фархат и его коллеги из Массачусетской больницы общего профиля изучили геном 123 штаммов микобактерии из глобальной коллекции, представляющих шесть основных подтипов. С помощью собственного метода они проследили эволюционную связь между штаммами и выявили 39 участков ДНК с маркерами лекарственной устойчивости.
Во втором исследовании группа Лиюна Би из Института биофизики Китайской академии наук в Пекине секвенировала геном 161 штамма микобактерии из Китая и опубликовала список генов — кандидатов в лекарственную устойчивость.
Еще в одном исследовании команда Дэвида Алланда из Медицинской школы Нью-Джерси в штате Нью-Арк обрабатывала лекарством против туберкулеза этамбутолом 63 генетических изолята M. tuberculosis. По результатам ученые построили модель приобретения микобактерией лекарственной устойчивости к этамбутолу. Выяснилось, что она обусловлена взаимодействием между мутациями в нескольких генах.
Но самые интересные результаты получены международной командой исследователей под руководством Себастьяна Ганьо из Швейцарского института тропических болезней и здравоохранения .
Исследователи впервые выявили время и место возникновения M. tuberculosis.
Как и когда появился возбудитель туберкулеза, до сих пор было неясно. Некоторые специалисты считали, что он, как и некоторые другие инфекции, перешел к человеку от домашних животных. С другой стороны, существуют генетические свидетельства об африканском происхождении M. tuberculosis. Эти гипотезы ученые решили проверить, используя эволюционно-генетический подход.
Они провели анализ 259 последовательностей M. tuberculosis, чтобы оценить ее генетическое разнообразие, а затем проследили эволюционные пути туберкулезной бактерии. Параллельно ученые проанализировали эволюцию митохондриальной ДНК человека. Выяснилось, что человек и микобактерия шли одними и теми же путями, просто бок о бок.
К удивлению ученых, оказалось, что ключевые этапы миграции современного человека и развилки на филогенетическом дереве бактерий во многом соответствуют друг другу.
M. tuberculosis возникла примерно 70 тысяч лет тому назад. Причем современный человек и туберкулезные микобактерии появились в одном и том же месте на земном шаре, а именно в Африке. Оттуда Homo sapiens мигрировал в Евразию и начал завоевывать мир. А вместе с ним по миру распространялся и возбудитель туберкулеза.
В процессе миграции наших предков, по-видимому, создавались благоприятные условия для туберкулезной бактерии. «Мы видим, что разнообразие M. tuberculosis значительно увеличивается по мере экспансии современного человека по миру», — говорит Себастьян Ганьо.
В процессе неолитического демографического перехода численность людей росла, они переходили к жизни большими группами, при этом создавались благоприятные условия для передачи возбудителя от человека к человеку.
Микобактерия в это время эволюционировала в направлении повышения вирулентности.
Ученые предполагают, что вряд ли бактерия туберкулеза перешла к человеку от домашних животных, как многие другие инфекции. «Она возникла задолго до того, как человек одомашнил животных», — объясняет Себастьян Ганьо.
Понимание эволюционного пути бактерии туберкулеза позволит ученым предсказать ее поведение в будущем, чтобы создать новые лекарственные средства с учетом ее эволюционной стратегии.