Согласно новому исследованию, в котором сравнивается, как различные штаммы распространяются среди смешанного населения в многонациональных городах, при некоторых формах туберкулеза вероятность заражения человека, подвергшегося воздействию, зависит от того, проживают ли этот человек и бактерии в одном городе.
Результаты исследования, проведенного учеными Гарвардской медицинской школы и опубликованного 1 августа в журнале Nature Microbiology, представляют собой первое достоверное доказательство многолетних наблюдений, которые заставили ученых заподозрить, что патоген, место обитания и человек-хозяин вступают в особое взаимодействие, влияющее на риск заражения и подпитывающее различия в восприимчивости к инфекции..
По словам исследователей, это исследование подтверждает давнюю гипотезу в этой области о том, что конкретные бактерии и их хозяева-люди, вероятно, эволюционировали совместно на протяжении сотен или тысяч лет.
Полученные результаты также могут помочь в разработке новых подходов к профилактике и лечению туберкулеза, который, по данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно поражает более 10 млн человек и является причиной более миллиона смертей во всем мире.В рамках текущего анализа, который, как считается, является первым контролируемым сравнением инфекционности штаммов туберкулеза в популяциях смешанного географического происхождения, исследователи специально собрали исследовательскую когорту, объединив данные пациентов с туберкулезом в Нью-Йорке, Амстердаме и Гамбурге. Это дало им достаточно данных для разработки своих моделей.
Анализ показал, что при тесных бытовых контактах людей, у которых был диагностирован штамм туберкулеза из географически ограниченной группы, уровень инфицирования был на 14% ниже, а уровень развития активного туберкулеза — на 45% ниже по сравнению с теми, у кого был выявлен штамм, относящийся к широко распространенной линии.
Исследование также показало, что штаммы с узким географическим ареалом гораздо чаще заражают людей, имеющих корни в родном географическом регионе бактерии, чем людей из-за пределов этого региона.
Ученые обнаружили, что вероятность заражения снижается на 38% при контакте с ограниченным патогеном из географического региона, который не соответствует происхождению человека, по сравнению с тем, когда человек подвергается воздействию географически ограниченного микроба из региона, который соответствует его родной стране. Это было справедливо как для людей, которые сами жили в этом регионе, так и для людей, чьи родители могли проследить свое наследие в этом регионе.
По словам ученых, это сродство патогена к хозяину указывает на общую эволюцию человека и микробов с определенными биологическими особенностями, которые делают их более совместимыми и повышают риск заражения.
Благодаря растущему использованию генетического секвенирования исследователи обнаружили, что не все циркулирующие штаммы одинаковы. Некоторые линии широко распространены и ответственны за большую часть случаев туберкулеза во всем мире, в то время как другие распространены только в нескольких ограниченных районах. Учитывая сложный характер передачи туберкулеза в условиях высокой заболеваемости, когда люди часто подвергаются многократному воздействию различных штаммов, исследователи не смогли сравнить штаммы в сходных условиях и были вынуждены строить предположения о возможных объяснениях различий между штаммами.
Многие факторы повышают риск заражения туберкулезом при тесном контакте. Одним из лучших показателей того, заразит ли человек своих близких, является бактериальная нагрузка, измеряемая с помощью теста, называемого микроскопией мазка мокроты, который показывает, сколько бактерий находится в дыхательной системе человека.
Но новое исследование показало, что для географически ограниченных штаммов наличие у человека предков, которые жили там, где распространен этот штамм, было еще большим фактором риска заражения, чем бактериальная нагрузка в мокроте. В случаях, проанализированных в ходе исследования, этот риск, связанный с общим происхождением, даже перевешивал риск, связанный с диабетом и другими хроническими заболеваниями, которые, как было показано ранее, делают людей более восприимчивыми к инфекции.
Полученные результаты дополняют растущее число свидетельств того, как важно обращать внимание на широкие различия между различными формами туберкулеза и на детали того, как различные формы туберкулеза взаимодействуют с различными популяциями носителей.
Предыдущие исследования показали, что некоторые генетические группы туберкулезников более склонны к развитию лекарственной устойчивости и что противотуберкулезные вакцины, по-видимому, в одних случаях действуют лучше, чем в других. Имеются также доказательства того, что некоторые схемы лечения могут лучше подходить для одних штаммов туберкулеза, чем для других.
В дополнение к анализу клинических, геномных данных и данных общественного здравоохранения, исследователи также проверили способность различных штаммов туберкулеза инфицировать макрофаги человека — тип иммунных клеток, которые туберкулез захватывает, вызывая инфекцию и заболевания. Ученые выращивали клетки у доноров из разных регионов. В очередной раз клеточные линии людей, происхождение которых соответствовало естественной среде обитания ограниченного штамма бактерий туберкулеза, были более восприимчивы к микробам, чем клетки людей из-за пределов этого региона, что подтверждает результаты их эпидемиологического исследования.
По словам ученых, до сих пор в большинстве экспериментов по взаимодействию между иммунными клетками человека и туберкулезом не сравнивалось, как туберкулез взаимодействует с клетками хозяев из разных популяций или мест.
Хотя этот эксперимент не был задуман для того, чтобы получить представление о механизме, лежащем в основе сходства между популяциями людей и больных туберкулезом, имеющих общее географическое происхождение, он подчеркивает важность использования нескольких штаммов туберкулеза и клеток из разных популяций для обоснования методов лечения и профилактики. По словам исследователей, это также указывает на необходимость проведения дополнительных фундаментальных исследований, чтобы понять геномные и структурные различия в том, как взаимодействуют бактериальные клетки и клетки-хозяева.
Достижения в области секвенирования генов создают новую загадку
В то время как близкородственные, но различные генетические группы туберкулеза были обнаружены с помощью более традиционных методов генотипирования, широкое использование секвенирования всего генома департаментами общественного здравоохранения по всему миру позволило врачам и исследователям лучше выявлять возбудителей туберкулеза и генетически отслеживать вспышки и лекарственную устойчивость.
Осознание того, что высоко локализованные штаммы плохо распространяются в других регионах, привело исследователей к предположению, что ограниченные в регионе штаммы менее заразны, чем широко распространенные штаммы. Поскольку ограниченные штаммы сохранялись в пределах своего ограниченного ареала, некоторые исследователи предположили, что локализованные популяции бактерий, возможно, эволюционировали одновременно со своими хозяевами-людьми, делая различные популяции людей более восприимчивыми к различным типам туберкулеза. Исследователи предположили, что это также может означать, что разные штаммы туберкулеза будут по-разному восприимчивы к различным методам лечения и вакцинам. Например, структурные различия в форме бактерий могут препятствовать эффективному связыванию некоторых лекарств с бактериями разных штаммов.
Исследовательская группа сотрудничала с департаментами общественного здравоохранения и исследовательскими группами из США, Нидерландов и Германии в создании обширной базы данных, объединяющей отчеты о случаях заболевания туберкулезом, генетические профили возбудителей и данные общественного здравоохранения о показателях инфицирования среди близких контактов. Анализ также включал демографические данные о социальных сетях инфицированных людей, чтобы оценить, как различные генетические линии туберкулеза распространяются в других популяциях. В общей сложности в исследование были включены 5 256 случаев туберкулеза и 28 889 близких контактов.