Genetische Studie kartiert den Schutzpanzer von Bakterien hinter schweren Infektionen

Die erste groß angelegte genetische Studie von E. coli Protective Armour hat die fünf Kapseltypen identifiziert, die für 70 Prozent aller multiresistenten Blutkreislaufinfektionen in Europa verantwortlich sind.

Forscher, darunter die des Wellcome Sanger Institute, der Universität Oslo und ihre Mitarbeiter, analysierten zur Untersuchung über 18.000 Bakteriengenome aus Proben auf allen Kontinenten E. coli Rüstung und finde neue Wege, sie zu durchdringen.

Die heute (25. März) veröffentlichte Studie in Naturmikrobiologie90 verschiedene Arten von Schutzkapseln entdeckt, von denen nur 34 Prozent zuvor dokumentiert waren. Das Team identifizierte auch die Kapseltypen, die dem Bakterium das größte invasive Potenzial verleihen, was bedeutet, dass es von einem harmlosen Darmbewohner zu einem gefährlichen Eindringling in den Blutkreislauf werden kann.

Durch die Bereitstellung einer Blaupause der jeweiligen Rüstung E. coli Stamm hat, kann diese Forschung bei der Entwicklung gezielter Impfstoffe und neuer Behandlungen helfen, die die gefährlichsten Stämme bekämpfen können E. coli und gleichzeitig den Schaden für nützliche Stämme minimieren E. coli Darmbakterien.

Escherichia coli (E. coli) ist weltweit die häufigste Ursache für Blutkreislaufinfektionen1. Die meisten Sorten von E. coli sind harmlos und kommen häufig im Darm vor. Wenn das Bakterium jedoch in den Blutkreislauf oder die Harnwege gelangt, kann es leichte bis schwere Infektionen verursachen, insbesondere bei Menschen mit einem geschwächten Immunsystem.

Als zusätzliche Herausforderung für Gesundheitsdienstleister ist die Antibiotikaresistenz zu einem häufigen Merkmal solcher Infektionen geworden. Raten von Antibiotikaresistenzen in E. coli variieren weltweit und im Vereinigten Königreich über 40 Prozent E. coli Blutkreislaufinfektionen sind gegen ein wichtiges Antibiotikum resistent2.

Einige Bakterien, wie z E. coliverfügen über Schutzkapseln, die dazu beitragen, die Bakterien vor dem Immunsystem und bestimmten Behandlungen zu schützen und so die Fähigkeit der Bakterien, Infektionen zu verursachen, zu beeinflussen. Jeder Bakterienstamm hat einen anderen Kapselaufbau und die Kapseln enthalten Marker, sogenannte Antigene. Diese Antigene werden häufig als Ziele für neue Impfstoffe und Behandlungen verwendet. Damit wirksame Therapien entwickelt werden können, müssen Forscher jedoch wissen, welche Kapsel die Infektion häufig verursacht.

Traditionelle Kartierungsmethoden E. coli Kapseln sind arbeitsintensiv und selten. Um dieses Problem anzugehen, analysierten das Team des Sanger Institute und seine Mitarbeiter 18.000 genetisch E. coli Proben. Dies ermöglichte es ihnen, den ersten Kapseltyp für digitale Datenbankkartierung zu erstellen E. coli Beanspruchung. Anschließend konnten sie anhand von Proben von fast 8.000 Menschen, von Neugeborenen bis zu über 80-Jährigen, bestimmen, wie häufig jeder Typ vorkommt.

Sie fanden heraus, dass die Kapseltypen viel vielfältiger sind als bisher angenommen, und kartierten 90 verschiedene Typen, darunter 69, die zuvor nicht dokumentiert wurden. Das Team stellte außerdem fest, dass in ressourcenintensiven Gebieten wie dem Vereinigten Königreich unterschiedliche Kapseln üblich sind, im Vergleich zu weniger industrialisierten Regionen wie Malawi und Pakistan.

Die Forscher fanden beispielsweise heraus, dass fünf spezifische Kapseltypen (K1, K5, K52, K2 und K14) über 50 Prozent aller Kapseln ausmachen E. coli Blutkreislaufinfektionen und Harnwegsinfektionen in Großbritannien, Norwegen und Frankreich. Darüber hinaus ist ein etwas anderer Satz (K1, K5, K52, K2 und K100) für 70 Prozent der Multiresistenzen verantwortlich E. coli Infektionen in Europa. Während zwei davon (K1 und K5) weltweit Infektionen verursachen, gibt es in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen eine größere Vielfalt bei den Stämmen, die schwere Infektionen verursachen als in Europa.

Aufgrund dieser Unterschiede unterstreichen die Forscher die Bedeutung globaler Daten für die zukünftige Forschung, insbesondere im Zusammenhang mit der Arzneimittel- und Impfstoffentwicklung, da die angegriffenen Bakterienkapseltypen je nach Wohnort der Person variieren würden.

Das hat das Team auch herausgefunden E. coli hat die Fähigkeit, die Gene, die die Kapsel kodieren, auszutauschen und die Informationen auszutauschen, um verschiedene Arten von Rüstungen zwischen ihnen aufzubauen.

Indem wir eine digitale Bibliothek aus über 18.000 Bakteriengenomen erstellen, können wir die wahre Komplexität erkennen E. coli sich selbst schützt und wie dieser Panzer in den Genen kodiert ist. Diese Forschung hat unsere wissenschaftliche Karte von nur einer Handvoll bekannter Bakterienschilde auf eine umfassende Datenbank mit 90 einzigartigen Arten erweitert, darunter fast zwei Drittel, die bisher unbekannt waren. Letztendlich liefert diese Datenbank die fehlende Blaupause, um Stämme zu identifizieren, die am wahrscheinlichsten schwere Infektionen verursachen, und um gezielte Impfstoffe und Behandlungen zu entwickeln, um diese zu stoppen.“

Dr. Rebecca Gladstone, Erstautorin und korrespondierende Autorin, Universität Oslo

Professor Jukka Corander, leitender Autor am Wellcome Sanger Institute und der Universität Oslo, sagte: „Diese neue Forschung ermöglicht es uns, die Stämme von zu identifizieren E. coli Das sind die größten Gefahren für die menschliche Gesundheit. Mit dieser Datenbank können wir nun erkennen, welche Bakterienkapseltypen in verschiedenen Ländern vorherrschen, ob sie schwere Infektionen verursachen oder ob sie gegen Behandlungen resistent sind. Was unsere Forschung auch zeigt, sind die starken Unterschiede zwischen Kapselgruppen in verschiedenen Regionen, was die Notwendigkeit einer systematischen und standardisierten globalen Datenerfassung unterstreicht. Zumal wir das herausgefunden haben E. coli können die Gene gegen ihre Schutzschilde zwischen verschiedenen genetischen Abstammungslinien austauschen. Um ihnen im Kampf gegen schwere Blutkreislaufinfektionen immer einen Schritt voraus zu sein, ist es wichtig zu verstehen, wie diese Bakterien, insbesondere die arzneimittelresistentesten Bakterien, ihre Mäntel wechseln, und über globale Daten zu verfügen, um dies nachzuverfolgen.“

Trevor Lawley, Co-Autor am Wellcome Sanger Institute, sagte: „Unser Mikrobiom besteht aus Tausenden von Bakterien, und obwohl die meisten davon nützlich sind, können einige Stämme Infektionen verursachen, wenn sie in den Blutkreislauf gelangen, wie z E. coli. Groß angelegte Bevölkerungsstudien wie die Baby-Biome-Studie, die einen hochauflösenden Einblick in das Mikrobiom ermöglichen, sind unerlässlich, um das mit bestimmten Bakterienstämmen verbundene Risiko, die genetischen Werkzeuge, mit denen sie Infektionen verursachen, und die Häufigkeit ihres Vorkommens in der Bevölkerung zu verstehen. Verstehen und Verfolgen der E. coli Stämme, die ihren Schutzschild am besten nutzen können, um in den Blutkreislauf zu gelangen und Infektionen zu verursachen, ermöglichen die Entwicklung zukünftiger gezielter Behandlungen und minimieren gleichzeitig die schädlichen Auswirkungen auf das Mikrobiom.“

Quellen: