Вирусы, атакующие бактерии, способствуют их эволюции и превращению в «супербактерии»

Впервые в истории исследователи из Медицинской школы Университета Питтсбурга обнаружили, что бактериофаги (или просто фаги) — крошечные вирусы, атакующие бактерии, — являются ключом к началу быстрой бактериальной эволюции, ведущей к появлению устойчивых к лечению «супербактерий».

Исследователи показали, что, вопреки доминирующей теории в области эволюционной микробиологии, процесс адаптации и диверсификации в бактериальных колониях не начинается с гомогенной клональной популяции. Они были удивлены, обнаружив, что причиной большей части ранней адаптации не были случайные точечные мутации. Вместо этого ученые обнаружили, что фаги, которые мы обычно считаем бактериальными паразитами, — это то, что давало штамм-победителям эволюционное преимущество на раннем этапе.

«По сути, паразит стал оружием», — говорят ученые. «Фаги наделили победителей средствами побеждать. То, что убивало более чувствительные бактерии, давало преимущество другим».

Когда дело доходит до бактерий, внимательный наблюдатель может проследить их эволюцию в течение нескольких дней. Из-за того, как быстро растут бактерии, бактериальным штаммам требуется всего несколько дней, чтобы приобрести новые черты или развить устойчивость к противомикробным препаратам.

Новое исследование показывает, что эволюция бактерий и фагов часто идет рука об руку, особенно на ранних стадиях бактериальной инфекции. Это многослойный процесс, в котором фаги и бактерии объединяются в хаотическом танце, постоянно взаимодействуя и эволюционируя вместе.

Когда ученые отслеживали изменения в генетических последовательностях шести бактериальных штаммов инфекции кожной раны у свиней, они обнаружили, что скачки фагов от одного бактериального хозяина к другому были безудержными — даже клоны, не получившие эволюционного преимущества, имели фаги, включенные в их геномы.

Большинство клонов имели более одного фага, интегрированного в их генетический материал — часто в одной бактерии было два, три или даже четыре фага.

«Это показало нам, насколько фаги плотно взаимодействуют друг с другом и с новыми хозяевами», — говорят ученые. «Характеристика разнообразия ранних бактериальных инфекций может позволить нам реконструировать историю и проследить сложные пути эволюции для получения клинических преимуществ».

Результаты были опубликованы в Science Advances.