Холерный вибрион становится опаснее, когда избавляется от защиты против бактериофагов

Исследователи из Бангладеш, Индии и Великобритании показали, что штаммы холерного вибриона в Бангладеш, в отличие от индийских штаммов, быстро теряют и приобретают защиту от бактериофагов. Когда бактерии приходится поддерживать защитные механизмы, это приводит к снижению тяжести заболевания и уменьшению вероятности его распространения за пределы страны.

Холера — острое диарейное заболевание, которое без лечения может привести к летальному исходу в течение часов. Возбудитель, холерный вибрион (Vibrio cholerae), распространяется через зараженную пищу и воду. В настоящее время мы переживаем седьмую пандемию холеры, начавшуюся в 1961 году. По оценкам, ежегодно заболевают холерой от 1,3 до 4 млн человек и до 143 000 умирают. В последнее время произошли самые крупные зарегистрированные эпидемии (Гаити — 2010; Йемен — 2016, 2019). В Ливии и Сирии холера была зарегистрирована впервые, в Малави наблюдались внесезонные вспышки, а эпидемия 2022 года в Бангладеш была самой крупной за всю историю наблюдений. Зафиксировано 11 случаев проникновения в Африку, три — в Латинскую Америку и восемь — в Европу.

Седьмая пандемия холеры распространялась тремя глобальными волнами из Бенгальского залива на границе Бангладеш и Индии^. В начале прошлого века биотип V. cholerae Эль-Тор, названный в честь карантинной станции Эль-Тор в Египте, где он был впервые обнаружен, начал вытеснять классический биотип. Штаммы, вызвавшие седьмую пандемию, относятся к особой линии Эль-Тор 7PET (seventh pandemic El Tor lineage). Хотя 7PET фенотипически имеет ту же серогруппу, что и классический биотип (O1), он возник независимо от неэпидемического предка биотипа Эль-Тор после приобретения фага CTXφ и двух островов патогенности VSP-I и VSP-II.

Местом происхождения седьмой пандемии холеры считалась густонаселенная дельта Ганга, впадающего в Бенгальский залив. Однако роль регионов по берегам Ганга и его дельты в возникновении пандемических волн оставалась неизвестной, очаги в бассейне Ганга были изучены недостаточно. Авторы статьи в Nature собрали и секвенировали 1516 изолятов холерного вибриона из Бангладеш (2014–2023 гг.) и 794 изолята из восьми штатов Северной Индии (2002–2023 гг.) — возможно, это наиболее полный на сегодня набор данных о холере в бассейне Ганга.

Анализ результатов секвенирования показал, что «стартовая площадка» пандемии — это бассейн реки Ганг на территориях Бангладеш и Северной Индии, а не одна дельта Ганга. В то же время, хотя случаи передачи инфекции между Бангладеш и Индией имеют место, последние 20 лет холерный вибрион в этих двух странах эволюционировал в значительной степени независимо. Причина, очевидно, том, что государственные границы препятствуют свободному перемещению людей. При этом глобальное распространение холеры, вероятно, опосредовано экспортом из Индии, а не из Бангладеш.

В Бангладеш V. cholerae, по-видимому, распространяется из районов с высокой плотностью населения, таких как Дакка и Читтагонг. Эволюцию V. cholerae в этой стране отличают несколько уникальных закономерностей, в первую очередь быстрое приобретение и потеря генов и мобильных генетических элементов, особенно тех, которые участвуют в защите от фагов.

Авторы проанализировали более 13 тысяч метагеномов кишечника из эндемичных по холере странам, чтобы выяснить, что происходит с бактериофагами — вирусами бактерий, поражающими V. cholerae. Изменения затронули литический фаг ICP1, присутствие которого в кишечнике человека связано с менее тяжелым течением холеры. Одновременно со сменой линий холерного вибриона на территории Бангладеш появились новые линии ICP1и новые системы противодействия бактериальной защите. Так, до апреля 2018 года 11 из 13 линий фага имели защиту от CRISPR–Cas, а после апреля — пять из шести имели защитный ген odn.

Потеря противофаговых систем была связана с повышенным риском тяжелого течения заболевания и передачи инфекции за пределы страны. Авторы отмечают, что поддержание этих систем могло быть серьезной нагрузкой для вибриона и препятствовать патогенности. Быстрые приобретения и потери защитных систем, возможно, отражают компромисс между поддержанием дорогостоящей антифаговой защиты от ICP1 и патогенностью.

Однако, поскольку анализ тяжести заболевания был ограничен образцами из Бангладеш, пока неясно, сохраняется ли та же закономерность в других местах.

В будущем, возможно, удастся использовать понимание гонки вооружений вибриона и фагов для разработки новых методов лечения или стратегий борьбы с холерой. Кроме того, выявленные авторами закономерности улучшают наше понимание экологии холерного вибриона. Штаммы, утратившие защитные механизмы, могут вызывать более тяжелые заболевания и стремительно распространяться. Их своевременное выявление позволит вовремя обновлять рекомендации по лечению, внедрять вакцины, улучшать условия водоснабжения и принимать другие меры для предотвращения пандемии.

У возбудителя холеры обнаружены три новые системы защиты от фагов