Międzynarodowy zespół kierowany przez naukowców z McMaster University, pracujących we współpracy z University of Paris Cité, zidentyfikował i zrekonstruował pierwszy starożytny genom E. coli, wykorzystując fragmenty wyekstrahowane z kamienia żółciowego mumii z XVI wieku.
Odkrycie zostało opublikowane online w czasopiśmie Communications Biology.
E. coli jest poważnym problemem zdrowia publicznego, powodując znaczną śmierć i zachorowalność, ale nie jest źródłem pandemii. Jest znany jako komensal, bakteria, która rezyduje w nas i może działać jako patogen oportunistyczny infekujący swojego gospodarza w okresach stresu, choroby podstawowej lub niedoboru odporności.
Jego pełna historia ewolucyjna pozostaje tajemnicą, w tym kiedy nabyła nowe geny i oporność na antybiotyki, twierdzą naukowcy.
W przeciwieństwie do dobrze udokumentowanych pandemii, takich jak czarna śmierć, która trwała przez wieki i zabiła aż 200 milionów ludzi na całym świecie, nie ma historycznych zapisów dotyczących zgonów spowodowanych przez komensale, takie jak E. coli, chociaż wpływ na ludzkie zdrowie i śmiertelność był prawdopodobnie ogromny.
„Ścisłe skupienie się na patogenach wywołujących pandemię, jako jedynej narracji o masowej śmiertelności w naszej przeszłości, pomija duże obciążenie, które wynika z oportunistycznych kommensów napędzanych stresem przeżytego życia”, mówi genetyk ewolucyjny Hendrik Poinar, który jest dyrektorem McMaster’s Ancient DNA Centrum i główny badacz w uniwersyteckim Instytucie Badań nad Chorobami Zakaźnymi im. Michaela G. DeGroote.
Współczesna E. coli występuje powszechnie w jelitach zdrowych ludzi i zwierząt. Podczas gdy większość form jest nieszkodliwa, niektóre szczepy są odpowiedzialne za poważne, czasami śmiertelne epidemie zatruć pokarmowych i infekcje krwi. Wytrzymała i przystosowująca się bakteria jest uznawana za szczególnie odporną na leczenie.
Posiadanie genomu 400-letniego przodka współczesnej bakterii stanowi dla naukowców punkt odniesienia do badania ewolucji i adaptacji od tego czasu.
Zmumifikowane szczątki użyte do nowych badań pochodzą od grupy włoskich szlachciców, których dobrze zachowane ciała zostały odzyskane z opactwa św. Domenico Maggiore w Neapolu w 1983 roku.
Na potrzeby badania naukowcy przeprowadzili szczegółową analizę jednej z osób, Giovani d’Avalosa. Ten neapolitański szlachcic z okresu renesansu miał 48 lat, kiedy zmarł w 1586 roku i uważał, że cierpiał na przewlekłe zapalenie pęcherzyka żółciowego z powodu kamieni żółciowych.
„Kiedy badaliśmy te szczątki, nie było dowodów na to, że ten mężczyzna miał E. coli. W przeciwieństwie do infekcji takiej jak ospa, nie ma żadnych wskaźników fizjologicznych. Nikt nie wiedział, co to jest” – wyjaśnia główny autor badania, George Long. , absolwent bioinformatyki w McMaster, który przeprowadził analizę wraz z współautorką Jennifer Klunk, byłą absolwentką Wydziału Antropologii uniwersytetu.
Technologiczny wyczyn jest szczególnie godny uwagi, ponieważ E. coli jest zarówno złożona, jak i wszechobecna, żyjąc nie tylko w glebie, ale także we własnym mikrobiomie. Badacze musieli skrupulatnie wyizolować fragmenty docelowej bakterii, która została zdegradowana przez skażenie środowiska z wielu źródeł. Użyli odzyskanego materiału do zrekonstruowania genomu.
„To było tak poruszające, że mogłem wpisać tę starożytną E. coli i odkryć, że chociaż jest wyjątkowa, należała do filogenetycznej linii charakterystycznej dla ludzkich komensali, która dziś nadal powoduje kamienie żółciowe” – mówi Erick Denamur, lider francuskiego zespołu, który zaangażowany w charakterystykę szczepu.
„Udało nam się zidentyfikować patogen oportunistyczny, dokopać się do funkcji genomu i dostarczyć wskazówek, które pomogą naukowcom, którzy mogą badać inne, ukryte patogeny” – mówi Long.
Prace zostały wykonane we współpracy z naukowcami z Uniwersytetu w Pizie i Université Paris Cité/Francuskiego Instytutu Badań Medycznych (INSERM) i są finansowane przez Kanadyjski Instytut Badań Zaawansowanych.