Прорывное исследование показало, что некоторые распространенные штаммы кишечной палочки (Escherichia coli, или E. coli) могут передаваться между людьми так же быстро, как определенные вирусы. Это открытие может существенно изменить подход систем здравоохранения к отслеживанию и сдерживанию бактериальных инфекций.
Впервые исследователям из Wellcome Sanger Institute, Университета Осло, Университета Хельсинки и Университета Аалто в Финляндии удалось оценить эффективность передачи кишечных бактерий от одного человека к другому. Подобные расчеты, измеряющие скорость распространения, ранее применялись преимущественно для вирусов.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, изучило три ключевых штамма E. coli, циркулирующих в Великобритании и Норвегии. Два из них устойчивы к нескольким распространенным классам антибиотиков и являются частыми причинами инфекций мочевыводящих путей и кровотока в обеих странах. Улучшенный мониторинг этих штаммов мог бы направлять меры общественного здравоохранения и помогать предотвращать вспышки трудноизлечимых инфекций.
В долгосрочной перспективе понимание генетических факторов, способствующих распространению E. coli, может привести к разработке более целенаправленных методов лечения и снижению зависимости от антибиотиков широкого спектра действия. Подход, разработанный в данном исследовании, потенциально применим и для изучения других бактериальных патогенов, что позволит улучшить стратегии борьбы с инвазивными инфекциями.
E. coli является одной из ведущих причин инфекций по всему миру. Хотя большинство её штаммов безвредны и обитают в кишечнике, бактерии могут попадать в организм через прямой контакт (например, поцелуи) или косвенно (через общие поверхности, пищу или жилые помещения). Попадая в мочевыводящие пути или кровоток, E. coli может вызывать серьезные заболевания, включая сепсис, особенно у людей с ослабленной иммунной системой.
Проблема усугубляется антибиотикорезистентностью. В Великобритании более 40 процентов случаев инфекций кровотока, вызванных E. coli, уже устойчивы к ключевому антибиотику, что отражает глобальную тенденцию роста резистентности.
Ученые часто описывают заразность патогена с помощью базового репродуктивного числа, известного как R0. Это число оценивает, сколько новых случаев может вызвать один инфицированный человек. Обычно R0 применяется к вирусам и помогает предсказать, будет ли вспышка расти или затухать. До сих пор исследователи не могли присвоить значение R0 бактериям, которые обычно колонизируют кишечник, поскольку они часто живут в организме, не вызывая болезни.
Чтобы решить эту проблему, команда объединила данные исследования UK Baby Biome Study с геномной информацией из программ эпиднадзора за инфекциями кровотока E. coli в Великобритании и Норвегии, ранее собранных Wellcome Sanger Institute. Используя программную платформу ELFI, исследователи создали новую модель, способную оценивать R0 для трех изученных штаммов E. coli.
Результаты показали, что один из штаммов, известный как ST131-A, может распространяться между людьми так же быстро, как некоторые вирусы, вызывавшие глобальные вспышки, включая свиной грипп (H1N1). Это особенно примечательно, поскольку E. coli не передается воздушно-капельным путем, как вирусы гриппа. Два других изученных штамма, ST131-C1 и ST131-C2, устойчивы к множеству классов антибиотиков, но распространяются значительно медленнее среди здоровых людей. Однако в больницах и других медицинских учреждениях, где пациенты более уязвимы, а контакты часты, эти резистентные штаммы могут перемещаться по популяциям гораздо быстрее.
Присвоение значения R0 бактериям открывает путь к более четкому пониманию того, как распространяются бактериальные инфекции. Оно также помогает выявить штаммы, представляющие наибольшую угрозу, и может информировать стратегии общественного здравоохранения для лучшей защиты людей с ослабленным иммунитетом.
Исследователи отмечают, что большой объем систематически собранных данных позволил построить симуляционную модель для прогнозирования R0 для E. coli. Это первый подобный случай не только для E. coli, но и для любой бактерии, обитающей в микробиоме кишечника. Созданная модель может быть применена к другим бактериальным штаммам в будущем, что позволит понимать, отслеживать и, как надеются ученые, предотвращать распространение антибиотикорезистентных инфекций.
Важным источником для исследования послужили данные UK Baby Biome Study, поскольку E. coli – одна из первых бактерий, обнаруживаемых в кишечнике младенца. Понимание того, как бактерии формируют наше здоровье, требует знания начальной точки, что подчеркивает значимость этого изучения.
Наличие R0 для E. coli позволяет с гораздо большей детализацией отслеживать распространение бактерий в популяции и сравнивать его с другими инфекциями. Теперь, когда известна скорость распространения некоторых бактериальных штаммов, необходимо понять их генетические факторы. Понимание генетики конкретных штаммов может привести к новым методам диагностики и лечения в медицинских учреждениях, что особенно важно для бактерий, уже устойчивых к нескольким типам антибиотиков.
Успех этого исследования опирался на обширные геномные данные из Великобритании и Норвегии, секвенированные в Wellcome Sanger Institute. Эти крупномасштабные данные позволили детально идентифицировать модели передачи. Наборы данных были получены в ходе более ранних исследований, опубликованных в The Lancet Microbe, которые заложили основу для прорывной модели, достигнутой в новой работе.
