Вопреки распространенному мнению, команда обнаружила, что патогенные члены этого семейства бактерий не имеют недавнего общего предка, вызывающего болезнь, а вместо этого следовали параллельным эволюционным путям, чтобы стать вредными.
Семейство бактерий Yersinia имеет множество подвидов, некоторые из которых вредны, а другие нет. Двумя наиболее опасными представителями этого семейства бактерий являются Yersinia pestis, бактерия, ответственная за бубонную чуму или Черную смерть, и Yersinia enterocolitica, основная причина гастроэнтерита. Предыдущие исследования этого семейства бактерий были сосредоточены на вредных или патогенных видах, что фрагментировало наше полное понимание эволюции этих видов.
«Чтобы понять, как организм становится опасным или патогенным, нам нужно понять его непатогенных членов семьи, чтобы увидеть, что отличает их от патогенных форм», – говорит д-р Сандра Рейтер, первый автор из Wellcome Trust Sanger Institute. "Наш набор данных позволил нам переопределить семейную структуру этого уникального набора бактерий и дать нам полное представление о том, как отдельные виды бактерий могут стать вредоносными."
Команда секвенировала 224 штамма различных членов семейства Yersinia со всего мира, чтобы полностью понять, как определенные виды эволюционируют и становятся вредными, в то время как другие остаются безвредными.
Этот уникальный и подробный набор данных описывает параллельную эволюцию Yersinia pestis и Yersinia enterocolitica; два основных болезнетворных патогена у людей. Исследователи показали, что оба вида независимо друг от друга приобрели сегмент ДНК, известный как плазмиды, а также гены, которые позволили им стать патогенными.
Похоже, что только эти два фактора вирулентности присутствуют во всех патогенных видах Yersinia.
«Перед этим исследованием существовала неуверенность в том, какой путь пошли эти виды, чтобы стать патогенными: отделились ли они от общего общего патогенного предка? Или они развивались независимо », – говорит профессор Николас Томсон, старший автор из Wellcome Trust Sanger Institute. "Мы обнаружили сигнатуры в их геномах, которые определяют эволюционный путь, по которому они пошли.
"На удивление они возникли как патогенные микроорганизмы человека независимо от непатогенных близких родственников. Эти генетические сигнатуры отмечают важные моменты появления этих печально известных болезнетворных бактерий."
Команда обнаружила, что не только приобретение генов оказалось важным для этого семейства бактерий, но также потеря генов и оптимизация метаболических путей, по-видимому, являются важной чертой для патогенных видов.
Изучив полные геномы как патогенных, так и непатогенных видов, они смогли определить, что многие метаболические функции, утраченные патогенными видами, были наследственными. Эти функции, вероятно, были важны для роста в ряде ниш, и в определенных семейных линиях семейства Yersinia они были потеряны, а не приобретены.
"Мы обычно думаем, что бактерии должны получить гены, чтобы позволить им стать патогенами. Однако теперь мы знаем, что потеря генов и оптимизация метаболических возможностей патогена являются ключевыми особенностями в эволюции этих болезнетворных бактерий », – говорит д-р Алан МакНелли, старший автор из Университета Ноттингем Трент. "Это исследование меняет наш взгляд на эволюцию и взаимосвязь между видами в одном семействе бактерий."