В работе, опубликованной по своей природе, Коммуникации, Lathem и первый автор Дэниел Зимблер, доктор философии, постдокторант Файнберга, продемонстрировали, как приобретение единственного гена вызвало изменение Y. pestis от порождения, прежде всего, желудочно-кишечной инфекции к более серьезному и часто смертельному респираторному заболеванию. Они далее показали, как более поздние модификации этого гена увеличили инфекции, связанные с бубонной чумой.«Наши результаты демонстрируют, как у Y. pestis была способность вызвать тяжелую респираторную болезнь очень рано в ее эволюции.
Это исследование помогает нам лучше понять, как бактерии могут приспособиться к новой окружающей среде хозяина, чтобы вызвать болезнь, приобретя маленькие части ДНК», сказал Лэзэм.Команда исследовала наследственные штаммы бактерий в моделях мыши, чтобы изучить, когда Y. pestis получил способность заразить легкие и вызвать серьезную форму болезни, известной как легочная чума.
В самом наследственном из всего в настоящее время существующего Y. pestis напряжения, они показали, как бактерии могли успешно колонизировать легкие, но не могли вызвать тяжелую болезнь, связанную с легочной чумой. Самым большим различием, которое они нашли между этим напряжением и тесно связанными напряжениями, которые могли вызвать легочную чуму, был ген для поверхностного PLA белка.
Лэзэм предложил, чтобы приобретение бактериями генного PLA увеличило свою способность вызвать инфекцию в легких и было всем, что это наследственное напряжение Y. pestis должно было произвести смертельную инфекцию легких.Таким образом, Lathem и его команда вставили ген PLA в это напряжение, чтобы наблюдать изменения в здоровье легких. Они нашли, что недавно видоизмененное напряжение получило способность вызвать респираторную инфекцию тождественно к современным напряжениям Y. pestis, которые вызывают болезнь сегодня, демонстрируя, что ген PLA был необходим для Y. pestis, чтобы заразить легкие.
Кроме того, они нашли, что никакие другие изменения Y. pestis не требовались, даже при том, что бактерии продолжили получать и терять гены за прошлые несколько тысяч лет.Лаборатория также посмотрела на изменения генного PLA и обнаружила, что единственная модификация, только найденная в современных напряжениях Y. pestis, была критической адаптацией к бактериям, чтобы распространиться в теле и заразить лимфатические узлы, форму инфекции, которая вызывает бубонную чуму. Согласно Lathem, удивительное заключение из этого аспекта исследования состоит в том, что вопреки существующим взглядам в области Y. pestis, возможно, сначала развился как дыхательный болезнетворный микроорганизм, прежде чем это могло вызвать больше стандартной формы болезни, бубонной чумы.Лэзэм сказал, что новое исследование может объяснить, как Y. pestis перешел от порождения только локализованных вспышек чумы к всеобщему распространению Y. pestis, таких как Юстиниан Плэгу шестого века и Черная смерть четырнадцатого века.
«Наши данные предполагают, что вставка и затем последующая мутация PLA допускала новый, быстро развивающиеся штаммы болезни», сказал Лэзэм. «Эта информация может показать, как новые дыхательные болезнетворные микроорганизмы могли появиться с только небольшими генетическими изменениями».Эта работа была поддержана, финансировав из R01AI093727 грантов Национальных Институтов Здоровья, R21652A103658 и T32AI007476.