Від інфекції сечовивідних шляхів до абсцесу мозку: як одна бактеріальна популяція може стати значно небезпечнішою

Клінічний випадок Klebsiella pneumoniae показав, що в межах однієї інфекції можуть одночасно існувати бактеріальні субпопуляції з різною вірулентністю. Такий феномен отримав назву гетеровірулентності.

Дослідники з Кельнського університету, Німецького центру дослідження інфекцій та Інституту Броуда Гарвардського університету і Массачусетського технологічного інституту описали клінічний випадок, який демонструє, як бактеріальні патогени можуть еволюціонувати безпосередньо в організмі одного пацієнта.

Результати опубліковані в New England Journal of Medicine.

Випадок розпочався з хронічної інфекції сечовивідних шляхів, спричиненої Klebsiella pneumoniae. Згодом у пацієнта розвинувся абсцес головного мозку.

Подальший аналіз показав, що у сечі одночасно існували дві бактеріальні субпопуляції: «класична» та інша — значно більш вірулентна. Саме високовірулентну субпопуляцію також виявили в абсцесі мозку.

Що таке гетеровірулентність

Термін гетеровірулентність описує ситуацію, коли в межах однієї інфекції одночасно існують субпопуляції одного й того самого бактеріального виду, але з різною здатністю спричиняти тяжке захворювання.

Тобто частина бактерій може залишатися відносно менш агресивною, тоді як інша субпопуляція набуває мутацій, що значно підвищують її вірулентність.

Саме це, за даними дослідників, відбулося у цього пацієнта.

Обидві популяції мали спільне походження

За допомогою секвенування всього геному дослідники показали, що обидві субпопуляції Klebsiella pneumoniae були генетично спорідненими та походили від одного бактеріального предка.

Далі за допомогою:

• цільових модифікацій геному;
• функціональних досліджень;
• структурного аналізу;
• експериментальних моделей інфекції

дослідники реконструювали еволюційні зміни, які поступово зробили одну із субпопуляцій значно більш вірулентною.

Кількох мутацій виявилося достатньо

Ключовою знахідкою стало те, що для суттєвого посилення вірулентності бактерії було достатньо лише кількох точкових мутацій.

Вони призвели до формування більш вираженої бактеріальної капсули.

Капсула Klebsiella pneumoniae є важливим фактором вірулентності, оскільки допомагає бактерії уникати імунної відповіді.

У високовірулентної субпопуляції збільшена капсула:

• захищала бактерії від поглинання імунними клітинами;
• підвищувала виживання в організмі;
• посилювала вірулентність у моделях інфекції;
• потенційно сприяла поширенню бактерій за межі первинного осередку.

Таким чином, відносно невеликі генетичні зміни спричинили значну зміну клінічних властивостей патогена.

Як інфекція сечовивідних шляхів могла призвести до абсцесу мозку

Дослідники вважають, що більш вірулентна субпопуляція сформувалася у межах хронічної інфекції сечовивідних шляхів.

Після набуття додаткових властивостей вона отримала більшу здатність уникати імунної відповіді та поширюватися організмом.

Саме ця субпопуляція була виявлена і в абсцесі головного мозку.

Це дозволило вперше безпосередньо пов’язати клінічне поширення інфекції з конкретними молекулярними змінами, що виникли в бактеріальній популяції.

Чому персистуючі інфекції можуть бути небезпечними

Випадок підкреслює потенційну роль хронічних або недостатньо контрольованих інфекцій як середовища для еволюції патогенів.

Чим довше бактеріальна популяція зберігається в організмі, тим більше можливостей вона має для накопичення мутацій та формування нових субпопуляцій.

Дослідники припускають, що це може сприяти:

• появі більш вірулентних бактерій;
• персистуванню інфекції;
• поширенню в інші органи;
• розвитку тяжчих форм захворювання.

Тяжкість наслідків, імовірно, залежить як від конкретних мутацій, так і від стану самого пацієнта.

Особлива проблема — мультирезистентні бактерії

Автори припускають, що гетеровірулентність може бути особливо важливою при інфекціях, спричинених мультирезистентними патогенами.

Такі інфекції часто складніше повністю елімінувати, а отже бактерії можуть довше залишатися в організмі та продовжувати еволюціонувати.

Дослідники наразі окремо вивчають поширеність гетеровірулентних субпопуляцій при інфекціях із множинною лікарською стійкістю.

Паралель із гетерорезистентністю

Гетеровірулентність має певну схожість із уже відомим феноменом гетерорезистентності.

При гетерорезистентності всередині однієї бактеріальної популяції існує невелика субпопуляція, стійка до антибіотика, тоді як основна маса бактерій залишається чутливою.

Це може призводити до невдачі лікування, хоча стандартне тестування демонструє чутливість збудника.

При гетеровірулентності проблема інша: частина бактерій набуває не стійкості до препарату, а здатності спричиняти тяжче захворювання або ефективніше поширюватися організмом.

Чому такі субпопуляції складно виявити

Стандартна мікробіологічна діагностика переважно спрямована на:

• ідентифікацію виду бактерії;
• визначення її чутливості до антибіотиків.

Вірулентність окремих бактеріальних клонів зазвичай не оцінюється.

Через це невелика, але клінічно небезпечна субпопуляція може залишитися непоміченою.

Якщо для дослідження використовується лише одна колонія або усереднений зразок, гетерогенність популяції може бути втрачена.

Саме тому автори наголошують на необхідності краще розуміти бактеріальну еволюцію безпосередньо в організмі пацієнта.

Що це може означати для діагностики

Дослідження ставить питання про те, чи достатньо при складних персистуючих інфекціях розглядати бактеріальну популяцію як однорідну.

У майбутньому додаткове значення можуть мати:

• аналіз декількох бактеріальних колоній;
• глибше геномне секвенування;
• оцінка капсульних фенотипів;
• пошук маркерів підвищеної вірулентності;
• порівняння ізолятів із різних ділянок інфекції.

Особливо це може бути актуально у пацієнтів із тривалими, рецидивними або мультирезистентними інфекціями.

Практичне значення

Клінічний випадок показує, що Klebsiella pneumoniae може еволюціонувати безпосередньо в організмі пацієнта, формуючи субпопуляцію зі значно вищою вірулентністю.

Кількох точкових мутацій виявилося достатньо, щоб збільшити капсулу бактерії, покращити її захист від імунної системи та сприяти поширенню з первинного вогнища до віддаленого органа.

Цей феномен може пояснювати, чому деякі на перший погляд локалізовані інфекції несподівано набувають тяжкого або дисемінованого перебігу.

Гетеровірулентність також підкреслює, що бактеріальна популяція в організмі пацієнта не завжди є стабільною та однорідною. Вона може змінюватися під час захворювання, формуючи клони з новими клінічно значущими властивостями.

ДЖЕРЕЛО: medicalxpress

На платформі Accemedin багато цікавого! Аби не пропустити — підписуйтесь на наші сторінки! Facebook. Telegram. Viber. Instagram.