Ärhäkkä kolibakteeri hyppiikin helposti ihmisten ja eläinten välillä

Kolibakteerikanta ST131 on resistentti useimmille yleisesti käytetyistä antibiooteista, ja siksi näiden infektioiden hoito on hankalaa. Tämän pandeemisena pidetyn kolibakteerin leviämistä ja muuntumista on tutkittu aiemmin lähes yksinomaan vain sairaalapotilaista kerätyistä näytteistä, koska sen on ajateltu erikoistuneen ihmiseen kantajana.

- Maailmanlaajuinen näytekokoelma ihmisiltä ja eläimiltä kuitenkin paljasti ST131-bakteerien hyppivän varsin vaivatta jopa villieläinten ja ihmisten välillä, sanoo Suomen Akatemian COIN-huippuyksikön professori Jukka Corander Helsingin yliopistosta.     

Super-resoluutiokuvaus evoluutiosta syntyi tilastomenetelmällä

Arvostetussa PloS Genetics -lehdessä vastikään julkaistu löydös paljastui analysoimalla suuri määrä ST131-bakteerien näytteitä villeiltä linnuilta, lemmikkieläimiltä ja ihmisiltä eri puolilta Eurooppaa ja Aasiaa.

Evoluution tarkan kulun selvittämiseksi tutkijat analysoivat bakteerien genomeja uudenlaisella tilastollisella menetelmällä, jossa tarkastellaan samanaikaisesti geenien mutaatioiden, geenien horisontaalisen siirtymän ja geenien säätelytekijöiden muuntumisen vaikutusta. Näin saadaan aikaan super-resoluutiokuvaus evoluution kulusta.

Analyysit osoittivat, ettei tämän kolibakteerin tarvinnut lainkaan sopeutua geneettisesti uuteen isäntälajiin siirtyessään ihmisten ja eläinten välillä, mikä on merkki sen kyvystä sietää hyvin monimuotoisia elinolosuhteita.

- Useimmat bakteerit sopeutuvat geneettisesti isäntäorganismiinsa, koska niiden aineenvaihdunta voi siten hyödyntää tehokkaammin tarjolla olevaa ravintoa. Lisäksi lintujen ja nisäkkäiden ruumiinlämpötila on erilainen, mikä myös osaltaan suosii sopeutumista. Tutkimustulos oli siis todellinen yllätys, Jukka Corander kertoo.

Ensimmäinen laaja analyysi bakteerien geenien säätelytekijöiden muuntumisesta luonnonpopulaatiossa uusien geenien luoman valintapaineen seurauksena

Jukka Corander johti tutkimusta yhdessä Birminghamin yliopiston mikrobiologin Alan McNallyn kanssa, ja hänen tutkimusryhmänsä toteutti genomien laskennallisia analyyseja yhteistyössä useiden eri yliopistojen tutkijoiden kanssa.

Super-resoluution saavuttaneen analyysimenetelmän kehitystyö on jatkoa Coranderin viime vuonna Cozzarelli-palkinnon saaneelle evoluutiotutkimukselle. Nyt toteutettu analyysi on ensimmäinen, missä on osoitettu luonnonpopulaatiossa bakteerien vastaavan uusien geenien siirtymään muuntamalla jo vakiintuneen ydinperimänsä geenien ilmenemistä. 

Tutkimustulokset antavat aihetta tarkastella entistä tarkemmin kolibakteerien zoonoosia ja monitoroida hankalasti hoidettavien infektioiden alkuperää. Laajoista näytekokoelmista voidaan genomisekvensoinnin ja kehittyneiden tilastollisten menetelmien avulla luoda yksityiskohtainen kuva bakteerien evoluution ja tartuntojendynamiikasta, mikä edesauttaa infektioiden torjuntaa tulevaisuudessa.

Lähde:

Combined analysis of variation in core, accessory and regulatory genome regions provides a super-resolution view into the evolution of bacterial populations, http://journals.plos.org/plosgenetics/article?id=10.1371/journal.pgen.1006280, PloS Genetics, 12(9): e1006280, doi:10.1371/journal.pgen.1006280.

Kuvatekstit: Super-resoluutiokuvaus kolibakteerikannan ST131-evoluution kulusta

Kuvateksti 1. Bakteerien sukupuu

Kuvateksti 2. Geenien säätelytekijöiden samankaltaisuuden aste eri sukupuun osissa. Tummempi sininen värisävy kuvastaa maksimaalista erilaisuutta ja keltainen samankaltaisuutta.

HUOM. Jukka Coranderin kuvat ovat Open Access -lehden artikkelissa, joten kuvat voi tarvittaessa poimia sieltä.

Lisätiedot:

Professori Jukka Corander, Helsingin yliopisto, matematiikan ja tilastotieteen laitos, COIN-huippuyksikkö, 050 415 5294, jukka.corander@helsinki.fi

Minna Meriläinen-Tenhu, viestinnän asiantuntija, 050 415 0316, @MinnaMeriTenhu, minna.merilainen@helsinki.fi