För flera miljarder år sedan började en genetisk kapprustning mellan bakterier och deras virusmördare. Denna till synes eviga kamp fortsätter idag, med konsekvenser för sjukdomar som dödar tiotusentals människor runt om i världen varje år.
En nyligen publicerad studie publicerad i Science avslöjar viktiga insikter om hur bakteriedödare som kallas bakteriofager eller fager påverkar svårighetsgraden av den vattenburna diarrésjukdomen kolera. Kolera dödar mellan 21 000 och 143 000 människor årligen över hela världen. Det är en fattigdomssjukdom, slående regioner som saknar rent dricksvatten och sanitet.
Teamet, inklusive professor i mikrobiologi och immunologi vid McGill University Jesse Shapiro, genomförde vad de anser vara en av de största genetiska studierna för att analysera det dynamiska förhållandet mellan kolerabakterier, deras bakteriofager och antibiotika.
Studien understryker möjligheten att skapa nya strategier för att använda bakteriofager för att döda läkemedelsresistenta bakterier vid kolera och andra sjukdomar som har plågat civilisationen i århundraden. Det avslöjar en väg till ny diagnostik och begränsning av antibiotikaresistens.
"Kolera är en förödande vattenburen infektion som orsakar miljontals fall och tusentals dödsfall varje år, med risken som förväntas öka i takt med klimatförändringarna. Antibiotikaresistens är också ett ökande problem och alternativa behandlingar mot infektioner behövs", säger Shapiro.
Ett nyckelfynd involverar ett koncept som kallas "effektiv predation". Forskarna fann att ett högre förhållande mellan fagrovdjur och deras bakteriella byte var associerat med mildare kolerafall. Teamet sa att det är det första som visar den genetiska grunden för detta förhållande.
Detta förhållande kan användas som en markör för sjukdomens svårighetsgrad och informerar en läkares beslut om behandling. Det kan också förutsäga sjukdomsprogression.
Forskarna använde avancerade genomiska tekniker för att analysera interaktionen mellan bakterier och bakteriofager i 2 574 avföringsprover från kolerapatienter i Bangladesh, en nation med en av världens högsta kolerafrekvenser - cirka 100 000 fall årligen. Prover togs in 2018 och 2019.
Shapiro genomförde en genetisk analys av prover med studiens huvudförfattare, Naïma Madi, Ph.D., en postdoktor vid McGill.
Att dokumentera den genetiska kapprustningen mellan bakterien och dess fager komplicerar studiet av kolera och fagekologi. Var och en utvecklas för att omintetgöra den andras försvar. Den ena anpassar sig, den andre svarar. Om fagerna har övertaget ökar bakteriernas genetiska mångfald. Sedan minskar populationen av fager. Viruset svarar med genetiska anpassningar och frodas så småningom igen.
Shapiro sa att fler studier, inklusive en klinisk prövning, behövs innan effektiva fagterapier utvecklas.
Mer information: Naïma Madi et al, Fagpredation, sjukdomens svårighetsgrad och patogen genetisk mångfald hos kolerapatienter, Science (2024). DOI:10.1126/science.adj3166
Journalinformation: Vetenskap
Tillhandahålls av McGill University
