Ученые смогли отследить, как организм с множественной лекарственной устойчивостью может развиваться и широко распространяться среди пациентов с муковисцидозом, показывая, что он может быстро развиваться у человека во время хронической инфекции. Исследователи говорят, что их результаты подчеркивают необходимость немедленного лечения пациентов с инфекцией Mycobacterium abscessus , что противоречит современной медицинской практике.
Примерно один из 2500 детей в Великобритании рождается с кистозным фиброзом — наследственным заболеванием, при котором легкие забиваются густой липкой слизью. Состояние имеет тенденцию к снижению продолжительности жизни пациентов.
В последние годы M. abscessus , вид бактерий с множественной лекарственной устойчивостью, стал серьезной глобальной угрозой для людей с муковисцидозом и другими заболеваниями легких. Это может вызвать тяжелую пневмонию, ведущую к ускоренному воспалительному поражению легких, и может помешать безопасной трансплантации легких. Кроме того, его чрезвычайно сложно лечить — менее одного из трех случаев вылечивают успешно.
В исследовании, опубликованном сегодня в журнале Science , группа ученых из Кембриджского университета изучила данные полного генома 1173 клинических образцов M. abscessus, взятых у 526 пациентов, чтобы изучить, как этот организм эволюционировал — и продолжает развиваться. Образцы были получены в клиниках по лечению муковисцидоза в Великобритании, а также в центрах Европы, США и Австралии.
Команда обнаружила два ключевых процесса, которые играют важную роль в эволюции организма. Первый известен как горизонтальный перенос генов — процесс, при котором бактерии захватывают гены или участки ДНК от других бактерий в окружающей среде. В отличие от классической эволюции, которая представляет собой медленный, постепенный процесс, горизонтальный перенос генов может привести к большим скачкам в эволюции патогена, потенциально позволяя ему внезапно стать намного более опасным.
Второй процесс — это эволюция внутри хозяина. Как следствие формы легкого, несколько версий бактерий могут развиваться параллельно — и чем дольше существует инфекция , тем больше у них возможностей для развития, и в конечном итоге выигрывают наиболее приспособленные варианты. Подобные явления наблюдались в эволюции новых вариантов SARS-CoV-2 у пациентов с ослабленным иммунитетом.
Профессор Андрес Флото, старший автор из Центра искусственного интеллекта в медицине (CCAIM) и медицинского факультета Кембриджского университета и Кембриджского центра инфекций легких при Королевской больнице Папворта, сказал: «В конечном итоге вы получаете параллельную эволюцию. в различных частях легкого человека. Это дает бактериям возможность многократно бросать кости, пока они не обнаружат наиболее успешные мутации. В результате получается очень эффективный способ создания адаптации к хозяину и повышения вирулентности.
«Это говорит о том, что вам может потребоваться лечить инфекцию, как только она будет выявлена. На данный момент, поскольку лекарства могут вызывать неприятные побочные эффекты и должны применяться в течение длительного периода времени — часто до 18 месяцев, — врачи обычно ждут, чтобы увидеть, вызывают ли бактерии болезнь, прежде чем лечить инфекцию. Но это дает насекомому достаточно времени для повторного развития, что потенциально затрудняет лечение ».
Профессор Флото и его коллеги ранее выступали за рутинное наблюдение за пациентами с муковисцидозом для выявления бессимптомной инфекции. При этом пациенты будут сдавать образцы мокроты три или четыре раза в год для проверки наличия инфекции M. abscessus . Такое наблюдение регулярно проводится во многих центрах Великобритании.
Используя математические модели, команда смогла сделать шаг назад через эволюцию организма в отдельном человеке и воссоздать его траекторию, ища ключевые мутации в каждом организме в каждой части легкого. Сравнивая образцы от нескольких пациентов, они затем смогли идентифицировать ключевой набор генов, которые позволили этому организму превратиться в потенциально смертельный патоген.
Эти адаптации могут происходить очень быстро, но команда обнаружила, что их способность к передаче между пациентами была ограничена: как ни парадоксально, те мутации, которые позволили организму стать более успешным патогеном внутри пациента, также уменьшили его способность выживать на внешних поверхностях и в окружающей среде. воздух — ключевые механизмы, с помощью которых он, как считается, передается от человека к человеку.
Возможно, одним из наиболее важных генетических изменений, свидетелями которых стала команда, стало то, что M. abscessus стал устойчивым к оксиду азота, соединению, которое естественным образом вырабатывается иммунной системой человека. Вскоре команда приступит к клиническим испытаниям, направленным на повышение содержания оксида азота в легких пациентов с помощью вдыхаемого подкисленного нитрита, который, как они надеются, станет новым методом лечения разрушительной инфекции.
Изучение ДНК, взятой из образцов пациентов, также важно для понимания путей передачи. Такие методы обычно используются в больницах Кембриджа для картирования распространения инфекций, таких как MRSA и C. difficile, а в последнее время — SARS-CoV-2. Сведения о распространении M. abscessus помогли разработать дизайн нового здания Королевской больницы Папворта, открытого в 2019 году, в котором есть современная система вентиляции для предотвращения передачи. Команда недавно опубликовала исследование, показывающее, что эта система вентиляции очень эффективна в уменьшении количества бактерий в воздухе.