Единственная мутация сделала африканскую сальмонеллу смертельно опасной

Ирландские и британские биологи выяснили, что распространенный в Африке серотип бактерии Salmonella enterica стал очень опасным из-за мутации одного нуклеотида. Как сообщается в Proceedings of the National Academy of Sciences, мутация привела к усиленной выработке бактериальной протеазы pgtE, которая расщепляет защитные белки крови и позволяет сальмонелле выживать в человеческом организме.

Небрюшнотифозная сальмонелла считается одной из основных причин диареи во всем мире. В большинстве случаев болезнь протекает легко, но иногда она представляет угрозу для жизни. Один из таких примеров — клеточная линия Salmonella enterica, серотип Typhimurium ST313. Эта бактерия является причиной эпидемий в Тропической Африке и ежегодно от нее умирает 390 тысяч человек. Чаще всего это дети моложе пяти лет и люди, ослабленные малярией или ВИЧ.

Ученые под руководством профессора Джея Хинтона (Jay Hinton) из Ливерпульского университета решили выяснить, что делает этот штамм таким опасным. Для этого они сравнили однонуклеотидные мутации (или снипы, от английского Single nucleotide polymorphism, SNP) у штамма ST313 и гораздо менее опасной разновидности сальмонеллы S. Typhimurium ST19. Ученые нашли более тысячи снипов и, в конце концов отобрали одну мутацию-кандидата. Она была расположена в участке генома, кодирующем протеазу pgtE. Этот белок расщепляет антимикробные белки системы комплемента, которые постоянно присутствуют в человеческой крови. Система представляет собой белковый комплекс, состоящий примерно из 20 компонентов, большая часть которых приводится в действие либо чужеродным микрорганизмом, либо в результате иммунного ответа.

Ученые выяснили, что в результате мутации экспрессия гена pgtE в штамме сальмонеллы ST313 усиливается в 11 раз. Они проверили этот результат обратными мутациями — сначала заменили нуклеотид в ДНК ST313 на нуклеотид из контрольного штамма ST19, и тогда экспрессия pgtE в 10 раз упала. А затем в геном штамма ST19 внесли мутацию «повышенной вирулентности». Экспрессия гена протеазы опять выросла.

После этого исследователи проверили действие фермента PgtE на плазму крови и выяснили, что бактериальная протеаза расщепляет фактор В — один из белков системы комплимента. Также PgtE препятствует связыванию с бактериальной мембраной белкового комплекса С3 — одного из важнейших компонентов защитной системы крови. Тем самым протеаза позволяет микроорганизмам штамма ST313 оставаться в живых и продолжать циркулировать в крови.

Недавно исследователи показали, что бактерия Salmonella enterica стала причиной массовой гибели индейцев Центральной Америки в XVI веке, вскоре после появления испанцев. Авторы сопутствующей статьи полагают, что возбудителя болезни европейцы могли привезти с собой.