В исследовании, которое может оказать существенное влияние на борьбу со вспышками заболеваний, исследователи из Калифорнийского университета в Дэвисе и Департамента общественного здравоохранения Калифорнии (CDPH) секвенировали и проанализировали геномы Shigella sonnei (S. sonnei) бактерии, связанные с крупными вспышками шигеллеза в Калифорнии в 2014 и 2015 гг.
Результаты предлагают новое понимание того, как бактерии приобрели гены вирулентности и устойчивости к антибиотикам, а также взаимосвязь калифорнийских штаммов с другими штаммами по всему миру. Это было первое крупное полногеномное исследование S. sonnei, обнаруженные в Северной Америке. Исследование опубликовано в журнале mSphere.
"Если у вас вспышка, и вы хотите знать, что вызывает конкретную проблему, например, устойчивость к антибиотикам, секвенирование генома может выявить вовлеченные гены," сказал Джонатан Эйзен, профессор с назначениями в отделе медицинской микробиологии и иммунологии и отделе эволюции и экологии Калифорнийского университета в Дэвисе и соавтор исследования.
"В конце концов, мы сможем секвенировать целые геномы бактерий для поддержки ухода за пациентами," он сказал.
Один из четырех видов Shigella, S. sonnei является причиной большинства вспышек шигеллеза и может вызывать боль в животе, диарею и другие желудочно-кишечные проблемы. Каждый год шигеллез вызывает около 500 000 инфекций, 6 000 госпитализаций и 70 смертей в США.S.
Исследователи из Лаборатории микробных заболеваний CDPH секвенировали геномы 68 изолятов, включая образцы из недавних вспышек в Калифорнии и исторические штаммы из Калифорнии, Азии и других мест. Они также проверили устойчивость к антибиотикам.
Команда обнаружила в этих вспышках два кластера: один, который в первую очередь поразил Сан-Диего и долину Сан-Хоакин, и еще один, локализованный в районе залива Сан-Франциско.
Штамм Сан-Диего / Сан-Хоакин находится в Калифорнии как минимум с 2008 года. Однако некоторые из изолятов были инфицированы бактериофагом (вирусом, поражающим бактерии), несущим ген токсина шига (STX), обнаруженный в более вирулентном S. flexneri и S. дизентерии.
"Бактерии Shigella sonnei обычно вызывают менее тяжелое заболевание и, как известно, не продуцируют токсин шига," сказал доктор. Джеймс Ватт, руководитель отдела борьбы с инфекционными заболеваниями в CDPH.
"Ген токсина, скорее всего, был приобретен Shigella sonnei в результате генетического обмена с E. coli и другие виды Shigella. Обнаружение функционального гена токсина было проблемой в этой крупной вспышке. Обнаружение этого гена вызывает опасения, что болезнь, вызванная Shigella sonnei, может стать более серьезной в будущем," Ватт сказал.
Напротив, штамм, попавший в Сан-Франциско, не имел STX, но содержал гены, которые придавали ему устойчивость к классу фторхинолонов широкого спектра действия антибиотиков. Гены устойчивости к фторхинолонам были аналогичны генам, обнаруженным у штаммов из Юго-Восточной Азии. Эти данные дают важные ключи к разгадке происхождения штаммов.
"Мы знаем, что эти движения ДНК могут иметь важное значение для распространения факторов устойчивости к антибиотикам, вирулентности и патогенности," Эйзен сказал. "Наличие данных о геноме вспышек позволяет нам попытаться выяснить, что произошло."
Исследователи считают, что подобные исследования могут в конечном итоге принести пользу пациентам. Понимание генетических вариантов патогена может помочь в выборе антибиотиков и даже помочь улучшить больничные процедуры.
"Если вы можете показать, что передача генов устойчивости к антибиотикам произошла в ответ на какое-то лечение, вы наверняка подумали бы об изоляции людей, которые получали это лечение, потенциально чаще отбирали у них образцы или даже меняли лечение," объяснил Эйзен.
Прежде чем это произойдет, секвенирование генома должно стать рутинной частью национальной модели наблюдения за патогенами.
"С технической, экономической и научной точки зрения очевидно, что мы можем и должны интегрировать больше секвенирования генома в исследования инфекционных заболеваний," Эйзен сказал.