Невидимый враг: как колибактин-продуцирующая E. coli влияет на географию онкозаболеваний

В статье, опубликованной в журнале The Lancet Microbe, представлена информация о том, что распространенность определенных штаммов кишечной палочки (Escherichia coli), производящих токсин колибактин, связана с уровнем заболеваемости раком толстой кишки, мочевого пузыря и предстательной железы.

Колибактин — это генотоксическое соединение, вырабатываемое некоторыми бактериями семейства Enterobacteriaceae. Согласно исследованиям, он способен вызывать двуцепочечные разрывы в ДНК клеток человека, что повышает риск онкологических заболеваний. Исследователи из Финляндии, Норвегии и Великобритании решили выяснить, существует ли связь между географическим распространением колибактин-продуцирующих E. coli и частотой возникновения онкологических заболеваний. Они предположили, что географические различия в распространенности этих штаммов E. coli могут объяснять вариации в заболеваемости колоректальным раком и раком мочевыводящих путей в разных странах.

Для этого ученые проанализировали данные о распространенности штаммов E. coli ST73 и ST95, которые чаще встречаются в индустриально развитых странах и являются основными причинами инфекций мочевыводящих путей (ИМП) и кровотока. Эти штаммы несут островки патогенности pks, необходимые для синтеза колибактина. Используя данные метагеномики, исследований ИМП и статистику заболеваемости раком из глобальной базы данных GLOBOCAN, авторы выявили, что в регионах с высокой распространенностью штаммов ST73 и ST95 отмечается повышенный уровень заболеваемости колоректальным раком и раком мочевого пузыря.

Корреляция между частотой встречаемости ST73 и ST95 и заболеваемостью онкологией наиболее выражена для указанных видов рака, в то время как связь с раком предстательной железы была слабее. Особенно высокая частота распространения этих линий E. coli характерна для стран с высоким уровнем развития, где также фиксируется рост числа случаев рака толстой кишки, особенно среди молодежи.

Авторы работы подчеркивают влияние факторов окружающей среды на экспрессию генов, ответственных за производство колибактина. Дефицит железа и кислорода, а также воспалительные процессы в толстой кишке и мочевыводящих путях стимулируют продукцию этого соединения бактериями. В странах с высоким уровнем санитарных стандартов (Великобритания) колибактин-продуцирующие штаммы могут эффективнее конкурировать с другими бактериями. В регионах, где активно используют антибиотики широкого спектра действия (Бангладеш, Пакистан) эти штаммы хуже распространяются, так как они более чувствительны к препаратам.

Биосинтез колибактина требует значительных энергетических затрат, поэтому его поддержание выгодно лишь в условиях, где бактерии получают существенное преимущество. Колибактин играет важную роль в конкуренции между бактериями, поскольку ингибирует рост штаммов, которые лишены защитных механизмов.

При этом генетическая адаптация к продукции колибактина встречается редко, поскольку горизонтальный перенос генов в данном случае затруднен. В результате к стабильному синтезу колибактина способны лишь два штамма E. coli из сотен, циркулирующих по всему миру.

Исследования показали, что штаммы ST73 и ST95 часто колонизируют кишечник младенцев в первые недели жизни. Это означает, что повреждение ДНК, вызванное колибактином, может начинаться с раннего возраста, что, вероятно, способствует увеличению случаев колоректального рака среди молодых людей. В странах с высоким индексом человеческого развития рост заболеваемости ранним раком толстой кишки наблюдается с середины 1980-х годов, что частично может быть связано с воздействием колибактина.

Авторы призывают к дальнейшим исследованиям для изучения связи между колибактином и онкозаболеваниями, а также к разработке вакцин, направленных на линии E. coli, продуцирующие этот токсин. Они подчеркивают, что устранение штаммов, синтезирующих колибактин, может существенно снизить заболеваемость инфекциями, уменьшить необходимость применения антибиотиков и снизить риск развития онкологических заболеваний.

Хотя колибактин вырабатывается не только E. coli, но и бактериями рода Klebsiella, их роль в развитии рака остается недостаточно изученной из-за низкой распространенности этих микроорганизмов. Авторы предлагают уделить больше внимания изучению этих бактерий и их возможному влиянию на здоровье человека.