Obserwowanie ewolucji na żywo

Ewolucja oporności na antybiotyki u bakterii sprawia coraz więcej kłopotów w szpitalach. Szczepy gronkowca złocistego Staphylococcus aureus oporne na metycylinę i inne antybiotyki beta-laktamowe zwane są MRSA. Do leczenia infekcji wywołanej tymi gronkowcami stosuje się wankomycynę, ale niektóre szczepy nabywają oporność również na ten antybiotyk. W PNAS ukazała się właśnie praca, która pokazuje, jak one to robią. Autorzy pracy sekwencjonowali całe genomy bakterii S. aureus izolowanych co jakiś czas z krwi pacjenta leczonego wankomycyną i innymi antybiotykami, sprawdzając równocześnie, czy cały czas mają do czynienia z tym samym szczepem i badając oporność wyizolowanych bakterii na wankomycynę. Bakterie rozwinęły oporność na wankomycynę i terapia się nie powiodła. Naukowcy zbadali więc zmiany w sekwencji, aby dowiedzieć się, jak Staphylococcus wyewoluował oporność na antybiotyk.

Dotychczasowe próby porównania szczepów opornych na wankomycynę (VISA) ze zwykłymi MRSA pokazały, że zmiany zaszły w 174 białkach. Jednak trudno było ocenić udział wszystkich spośród tych zmian w ewolucji oporności, ponieważ szczepy pochodziły od różnych pacjentów, i nikt nie dysponował „wyjściowym” szczepem MRSA, z którego wyewoluowały VISA.

Naukowcy zaobserwowali, że w badanym przez nich szczepie w ciągu 3 miesięcy obserwacji zaszło 35 mutacji w 31 miejscach genomu. Mutacje obejmowały 25 substytucji (zmian pojedynczego nukleotydu), z których sześć było „cichych”, czyli nie zmieniało aminokwasu w kodowanym białku), 1 insercję i 9 delecji. Wszystkie mutacje (z jednym wyjątkiem) utrzymywały się już do końca badania. Porównanie genów z fenotypem badanych bakterii pozwoliło stwierdzić, że w wyniku kolejnych mutacji oporność S. aureus na wankomycynę wzrastała skokami, i zbadać, jakie mutacje wiążą się z kolejnymi zmianami w podatności na antybiotyk. Zestaw tych mutacji bardzo silnie wpłynął też na ogólną aktywność transkrypcyjną w komórce – zmienił się poziom ponad 200 mRNA. Nic dziwnego, trzy mutacje dotyczą czynników transkrypcyjnych, a kolejne trzy – jednej z podjednostek polimerazy RNA. Wiedza o tym, jak bakteria nabywa oporności, oraz umiejętność rozpoznania tych szczepów, które już się uodporniły, może się przydać w opracowywaniu kolejnych terapii.

I pomyśleć, że jeszcze niedawno sekwencjonowanie jednego genomu bakterii to było coś. Teraz można już robić takie rzeczy jak autorzy tej pracy, a może kiedyś koszt sekwencjonowania spadnie tak, że genomika zastąpi posiewy.