Sairaalaenterokokkien evoluution salaisuudet ovat raottuneet

E faecium nousi nopeasti merkittäväksi maailmanlaajuiseksi sairaalainfektioiden lähteeksi 1990-luvulla, ja sen resistenssi- sekä virulenssitekijät kuormittavat terveydenhuoltojärjestelmiä useissa maissa. COIN-huippuyksikön ensimmäinen hanke (de Been et al. 2013) keskittyi horisontaalisen perimän siirtymän rooliin E faeciumin -adaptaatiossa, ja sitä johtivat Utrechtin yliopiston professori Rob Willems ja professori Jukka Corander.

- Lähes puolet tarkasteltujen bakteerien ydingenomeista on ollut horisontaalisen siirtymän vaikutuksena alaisena, sanoo Corander, jonka ryhmän kehittämillä laskennallisilla menetelmillä asia paljastui.

E faecium -populaatio jakaantuu selkeästi kahteen kehityshaaraan, joista toinen sisältää erityisesti sairaalainfektioista eristettyjä bakteerikantoja, kun taas toisesta löytyy enimmäkseen ihmisen harmittomia suolistobakteereita. Infektiokantojen vieraat DNA:n osat havaittiin kuitenkin olevan peräisin osaksi juuri näiltä bakteereilta ja osaksi tuntemattomista lähteistä.

Työssä tehtyjen havaintojen perusteella eräs tuntemattomasta lähteestä peräisin oleva geeniklusteri saattaa vaikuttaa isäntäorganismin immuunipuolustusjärjestelmän patogeenien tunnistukseen juuri sairaalainfektioita aiheuttavissa bakteereissa. Kyseinen geeniklusteri muistuttaa rakenteeltaan läheisesti pneumokokin keskeistä virulenssitekijää eli serotyyppiä koodaavia geenejä.

Sairaalainfektiokannat ovat läheisempää sukua eläinten kuin ihmisten tavallisille bakteerikannoille

Sekvensoimalla ja analysoimalla laajempi kirjo bakteerinäytteitä toisessa tutkimuksessa (Lebreton et al. 2013) selvisi, että sairaalainfektiokannat ovat ydinperimässään läheisempää sukua eläimiltä peräisin oleville E faecium -bakteereille kuin ihmisen tavallisille suolistokannoille.

Molekyyliajoituksen avulla sairaalakantojen estimoitiin ilmaantuneen noin 45-75 vuotta sitten, eli kun antibiootit yleistyivät infektioiden hoidossa. Ihmisen tavalliset suolistokannat puolestaan ajoitettiin erkaantuneeksi eläinten E faecium -bakteereista noin 3000 vuotta sitten.

Ajankohta vastaa ihmisten kaupungistumisen kasvun alkua ja laajamittaisempaa tuotantoeläinten kasvatusta, jotka ovat ekologisina tekijöinä mahdollisesti johtaneet näiden kahden bakteerikannan erilaistumiseen, mikä näkyy niiden aineenvaihdunnassa paljastuneissa eroissa.

Näiden tutkimustulosten pohjalta on tärkeää kohdistaa huomio eri kantojen ja perimän elementtien leviämisreitteihin ja -mekanismeihin. Tutkijat katsovat, että yhdistämällä tehokkaat laskenta-algoritmit ja kattava sekvensointi eri isäntäorganismeilta ja sairaalaepidemioista kerätyistä näytteistä voidaan lähitulevaisuudessa selvittää, miten erilaiset ekologiset tekijät täsmällisesti vaikuttavat E faeciumin evoluutioon.

Tämä on tärkeä askel tulevaisuuden epidemioiden ehkäisyssä.  

Lisätietoja:

professori Jukka Corander, Helsingin yliopisto, COIN-huippuyksikkö, jukka.corander@helsinki.fi, 050 415 5294

Bayesian Statistics Group: http://www.helsinki.fi/bsg/

The Finnish Centre of Excellence in Computational Inference Research (COIN): http://research.ics.aalto.fi/coin/index.shtml

Lähteet:

Mark de Been, Willem van Schaik, Lu Cheng, Jukka Corander, Rob J. Willems (2013). Recent recombination events in the core genome are associated with adaptive evolution in Enterococcus faecium. Genome Biology and Evolution, doi: 10.1093/gbe/evt111.    http://gbe.oxfordjournals.org/content/early/2013/07/23/gbe.evt111.short

François Lebreton, Willem van Schaik, Abigail Manson McGuire, Paul Godfrey, Allison Griggs, Varun Mazumdar, Jukka Corander, Lu Cheng, Sakina Saif, Sarah Young, Qiandong Zeng, Jennifer Wortman, Bruce Birren, Rob J.L. Willems, Ashlee M. Earl, Michael S. Gilmore (2013). Emergence of epidemic multi-drug resistant Enterococcus faecium from animal and commensal strains. mBio, doi: 10.1128/mBio.00534-13.
http://mbio.asm.org/content/4/4/e00534-13

Ystävällisin terveisin

Minna Meriläinen-Tenhu, tiedottaja, puhelin 050 415 0316