Блог

часть 2

Микробы распадаются

Многие люди спрашивают: «Почему существуют такие страдания и смерть? Почему на протяжении всей истории человечества существовали эпидемии и моры, и почему они все еще существуют в наше время?» Только после того, как грех вошел в мир, некоторые микроорганизмы стали патогенными или вредными для человека. Одно из объяснений заключается в том, что хорошие бактерии начали деградировать или вырождаться в патогенные бактерии. Геномный распад — одна из наиболее вероятных теорий для объяснения происхождения бактериальной патогенности. Это согласуется с идеей творения о вырождающемся творении; но незначительные изменения в генетическом коде могли изменить ход человеческой истории. Когда бактерия вырождается, она теряет ценную информацию и должна найти другие источники, чтобы выжить. Бактерии, как правило, состоят из одной клетки; и, поскольку они теряют информацию из своего генетического аппаратного обеспечения, они, следовательно, больше не могут производить свои собственные необходимые материалы для синтеза частей клетки. Поскольку им не хватает информации, они должны получить ту же самую информацию или те же материалы, которые приходят из информации от какого-то другого существа (животного или человека), и при этом они вызывают симптомы болезни.

А как насчет эволюционных аргументов? Поскольку бактерии могут добавлять информацию, можно ли использовать этот процесс в качестве доказательства эволюции? Ответ — нет. Эволюционисты могут утверждать, что это приобретение информации, но приобретение небольших участков ДНК все еще ведет к заболеванию. Параллельный процесс, например, заключается в том, как образуется ржавчина: ржавчина — это добавление кислорода плюс железа. Эта дополнительная информация не является прогрессивной эволюцией, а скорее это процесс ухудшения (т. е. коррозия). Структура катится под откос!

Генезис микробов: от мутуализма к паразитизму

Существует тонкая грань между здоровьем и болезнью. Следует различать саму инфекцию, то есть проникновение или колонизацию микроба и первичное повреждение тканей организма, а также клиническое заболевание, которое она может вызвать. На протяжении тысячелетий способность человеческого организма держать бактерии под контролем через анатомические границы и иммунный ответ, в целом, уменьшилась. Сегодня мы все еще наблюдаем различную степень колонизации микробами, инфекциями и болезнями среди людей. Инфекция может возникать в течение нескольких часов, дней, месяцев или даже лет до появления симптомов заболевания, а некоторые симптомы вообще не замечаются. Слово «инфекция» имеет латинское происхождение, и означает «смешиваться с или испортить». Инфекция относится к отношениям между двумя организмами, хозяином и микробом, и конкуренция за превосходство, которая происходит между ними. Хозяин, у которого сильное сопротивление, остается здоровым, и микроб либо удаляется хозяином, либо вступает с ним в доброкачественные отношения. Напротив, если хозяин проигрывает конкуренцию, то развивается болезнь. Термин «болезнь/disease» (dis [против] легкости) происходит от латинского слова, которое означает «жить отдельно», отсылка к отделению больных людей от общей популяции. Болезнь можно рассматривать как любое отклонение от общего состояния здоровья. Важно отметить, что слова «болезнь» и «инфекция» не являются синонимами; человек может быть заражен, не становясь больным.

Благоприятная колонизация и заражение происходят и сегодня. Возможно, если посмотреть на количество этих событий и вовлеченных в них микробов, благотворная колонизация может рассматриваться как гораздо более частое событие, чем патогенез. Понятие инфекции в отношениях хозяин-микроб выражается в нормальной флоре организма. Нормальная флора — это популяция микроорганизмов, которые заражают организм, не вызывая заболеваний. Взаимоотношения между организмом и его нормальной флорой являются примером симбиоза. В некоторых случаях симбиоз выгоден как организму, так и микроорганизмам; это отношение называется мутуализмом. Например, виды лактобацилл живут во влагалище женщины и получают питательные вещества из окружающей среды, производя кислоту, чтобы предотвратить чрезмерный рост других организмов. Escherichia coli, как правило, предполагается, живет в кишечнике взаимным образом, потому что она платит нам «ренту» с витаминами, которые получены из бактерий.

Патогенность относится к способности паразита проникать в ткани хозяина и вызывать физиологические или анатомические изменения, приводящие к изменению здоровья и, следовательно, болезни. Слово «патогенность» происходит от греческого слова pathos, означающего «страдание». Термин «патоген» имеет тот же корень и относится к организму, обладающему патогенностью. Симбиотические отношения между хозяином и паразитом называются паразитизмом. Слово «вирулентность» происходит от латинского термина virulentus, означающего «полный яд», и часто используется для выражения степени патогенности. Это вопрос степени. Организмы, такие как чумной палочки, возбудителя Черной смерти (бубонной чумы) являются гипервирулентными. Другой высоковирулентной бактерией является брюшной тиф.

Для сравнения, такие агенты, как риновирус, вызывающий простуду, или Streptococcus mutans, вызывающий кариес зубов, обладают низкой вирулентностью. Однако следует отметить, что генетические изменения могут заставить организм, подобный E. coli, превратиться из полезной бактерии в высоковирулентный патоген, E. coli 0157H7.

Происхождение болезни Хансена (проказы)

Проказа наводила ужас на человечество на протяжении тысячелетий, и о ней сообщалось еще в 600 году до нашей эры в Индии, Китае и Египте. Болезнь Хансена по-прежнему является серьезной проблемой здравоохранения во многих частях Африки, Азии и Латинской Америки. На протяжении многих веков проказа считалась проклятием Божьим, часто связанным с грехом. Она не убивала, но и не казалась бесконечной. Вместо этого она задерживалась в течение многих лет, вызывая дегенерацию тканей и деформацию тела. В библейские времена жертвы должны были кричать: «Нечистый! Нечистый!» — и обычно их также изгоняли из общины. Многие думали, что это заболевание кожи. Однако его лучше классифицировать как болезнь нервной системы, потому что бактерия проказы поражает нервы. Возбудителем проказы является Mycobacterium leprae, кислотоустойчивая палочка, родственная туберкулезной бактерии. Норвежский врач доктор Хансен впервые наблюдал этот организм в 1873 году, и поэтому его назвали бациллой Хансена. Поэтому проказу теперь называют болезнью Хансена. Проказа распространяется при множественных контактах с кожей, а также каплями из верхних дыхательных путей.

Болезнь имеет необычайно длительный инкубационный период от трех до шести лет, что очень затрудняет ее идентификацию. Бактерии также чувствительны к теплу, поэтому бациллы живут в более прохладных областях тела. Его симптомы начинаются в коже и периферической нервной системе, а затем распространяются на различные более прохладные части, такие как руки, ноги, лицо и мочки ушей. В тяжелых случаях поражаются также глаза и дыхательные пути. Пациенты с проказой испытывают обезображивание кожи и костей, скручивание конечностей и скручивание пальцев, чтобы сформировать характерную когтистую руку. Черты лица сопровождают утолщение наружного уха и разрушение носа.

Именно работа доктора Пола Бранда (ныне всемирно известного хирурга-ортопеда и прокаженного) с больными проказой отчасти проиллюстрировала, почему Бог допустил, чтобы в этом мире была боль. Бацилла проказы разрушает нервные окончания, несущие болевые сигналы; у больных проказой на поздних стадиях происходит полная потеря физической боли. Когда эти люди не чувствуют прикосновения или боли, они склонны причинять себе вред. Опухолевидные образования, называемые лепромами, могут образовываться на коже и в дыхательных путях, а зрительный нерв может ухудшаться. Наибольшее количество деформаций развивается из-за потери болевого ощущения вследствие обширного повреждения нерва. Например, невнимательные пациенты могут взять чашку кипятка, не моргнув глазом. Многие пациенты случайно позволяют горячим предметам обжечь им пальцы. На самом деле, некоторые больные проказой были съедены крысами во сне, потому что они совершенно не осознавали этого; отсутствие болевых рецепторов не может предупредить их об опасности.
По мнению доктора Бранда, лучшим примером в Библии человека с болезнью Хансена является человек с иссохшей рукой (Марка 3:5; Матфея 12:13; Луки 6:10). Человек с «иссохшей рукой», скорее всего, страдал туберкулезной проказой. Ухудшение состояния и сморщивание конечностей косвенно связано с бациллой проказы. Болезнь Хансена приводит к нарушению кровообращения и потере контроля, который обеспечивает жизнеобеспечение (кислород и питательные вещества) из крови. Без крови будет ухудшение и отсутствие гармонии, порядка, симметрии и дизайна. Люди, страдающие болезнью Хансена, травмируют себя из-за отсутствия боли. Увядшая рука частично вызвана бациллой проказы, поражающей периферическую нервную систему. Это косвенно уменьшает приток крови к руке, что приводит к атрофии. Отсутствие прикосновения и боли в коже приводит к отсутствию правильного использования мышц: неправильное использование конечностей, травмы и паралич мышц.

Болезни в Библии

Две болезни, встречающиеся в Библии, проказа (болезнь Хансена) и чума, обсуждаются в этой главе из-за их частоты и геномного распада, который произошел в обоих возбудителях. Чума и проказа используются чаще, чем любая другая болезнь в Библии. Их использование в наше время отличается от библейских времен, но нет никаких сомнений, что они пересекаются и все еще иллюстрируют важные моменты сегодня. Термин «чума» (иврит = deber, maggephah, makkah, nega и negeph; греч. = mastix, plege) встречается 128 раз в Библии короля Иакова. Однако эти многочисленные упоминания слова на самом деле включают в себя множество различных инфекционных заболеваний сегодняшнего дня, таких как бубонная чума. Чума может быть любой формой беспокойства или преследования, но термин чаще всего имеет отношение к болезни эпидемических масштабов. Кроме того, он используется для обозначения возникновения болезни и особенно, когда она смертельна по своим последствиям. Книга Откровения говорит о многих бедствиях в последние дни.

Проказа. Очищение деформированной стопы человека, страдающего проказой (болезнью Хансена), антисептиком. Проказа — это хроническое воспалительное заболевание, вызываемое бактерией Mycobacterium leprae.

Термин «проказа» (leprosу, leper, lepers, leprosy, leprous) встречается в Библии 68 раз: 55 раз в Ветхом Завете (иврит = цараат) и 13 раз в Новом Завете. В Ветхом Завете случаи проказы, которые упоминались, скорее всего, означали различные инфекционные заболевания кожи (включая болезнь Хансена) и даже плесень и мучнистая роса, когда они упоминались на одежде и стенах. В Новом Завете (греч. = lepros, lepra) речь, вероятно, идет о болезни Хансена. Точное значение проказы как в Ветхом Завете, так и в Новом Завете до сих пор остается спорным. Это всеобъемлющий термин, который, вероятно, включает в себя современную болезнь Хансена (особенно в Новом Завете) и инфекционные заболевания кожи. Термин «болезнь Хансена» был дан только в 1873 году, когда А. Хансен описал бациллу проказы. Только в этот момент было дано точное определение проказы. Значения слов меняются; например, во времена Пастера термины вирус, бактерия и гриб использовались взаимозаменяемо. Значения сегодня используются потому, что были определены конкретные причины инфекционных заболеваний.

Mycobacterium leprae: разлагающееся создание

Лучшим примером бактерии, подвергающейся разрушению генома, является микобактерия лепры. Бациллы проказы имеют длительное инкубационное время и полную зависимость от жизни в тканях животных или человека. Секвенирование M. leprae bacillus дало нам понимание того, почему это так. Секвенирование M. leprae показало, что приблизительно 25 процентов функциональной генетической информации было потеряно. Экстремальный геномный распад, которому он подвергся, привел к обширным метаболическим ограничениям и необычно медленным темпам роста. Бог дал людям понимание, чтобы открыть многие секреты генома микобактерий, которые могут быть использованы для восстановления здоровья.

Эта кислотно-устойчивая бацилла имеет невероятно медленное время удвоения — около 12 дней — и не может быть культивирована в любой стандартной среде; ее можно культивировать только в броненосцах и задних лапках мышей. Поскольку 30°C является оптимальной температурой роста для M. leprae (большая часть человеческого тела составляет 37°C), она растет только в более прохладных областях тела, таких как периферические нервы, кожа, семенники и слизистые оболочки верхних дыхательных путей, в первую очередь носа. Она передается через аэрозоль, капли и длительный прямой контакт. Она обитает в макрофагах и клетках Шванна и не может выжить во внеклеточной среде. Разрушение клеток Шванна — это то, что вызывает повреждение нерва, приводящее к сопутствующей потере чувствительности, характерной для болезни Хансена.

Mycobacterium leprae: детали распада

Сравнительная геномика способствовала более глубокому пониманию бацилл проказы. Основные прорывы произошли при сравнении геномов микобактерии лепры и ее ближайшего родственника, M. tuberculosis. Клоны генов M. leprae у M. smegmatis (то есть непатогенной микобактерии) были использованы для определения функциональности подобных генов. Оценка геномов M. leprae, M. smegmatis и Mycobacterium tuberculosis выявила необходимые биосинтетические пути. Эти сравнения показали, что M. leprae потеряла более 2 000 генов (~25% от общего генома) с момента распада от первоначального вида микобактерий.
Для определения степени распада бацилл проказы были использованы для сравнения геномы хромосом M. leprae и M. tuberculosis. Биологи полагают, что M. leprae произошел от M. tuberculosis или аналогичного предка. M. leprae претерпел обширную деволюцию в метаболических и дыхательных функциях, которые затем вызывают серьезные энергетические ограничения. По сравнению с 4.41-мегабазе (Мб) генома М. tuberculosis, в 3.27 Мб генома микобактерий лепры вполне сохраняется. M. leprae обладает только 1 614 функциональными генами, по сравнению с приблизительно 4 000 функциональными генами у M. tuberculosis. Гены M. leprae более плотны, чем гены M. tuberculosis. M. tuberculosis имеет 4 411 532 пары оснований (bp) по сравнению с 3 268 203 парами оснований ДНК в M. leprae. Однако M. tuberculosis содержит только 6 нефункциональных генов (т. е. псевдогенов), тогда как геном M. leprae состоит из 1 133 псевдогенов. М. tuberculosis имеет 4 025 965 основы кодирования белка; в отличие от микобактерий лепры и 1 626 387 оснований, кодирующих белок.

M. leprae содержит 75 процентов генов, необходимых для оптимального роста M. tuberculosis. Существует только 27-процентное соответствие для генов, не являющихся существенными для роста, таким образом, M. leprae сохраняет минимальное количество генов, необходимых для размножения. Этот минимальный геном является причиной неспособности M. leprae выращиваться в чашке Петри и характерно медленного роста у лабораторных животных. Некоторые из основных путей, отсутствующих у M. leprae, включают синтез витамина В-12 (т. е. кобаламина) и компонентов клеточной стенки (т. е. микобактина и серы). Многие гены, играющие центральную роль в метаболизме, необходимы для роста. Некоторые из первичных генов включают те, которые необходимы для синтеза аминокислот, нуклеиновых кислот и ключевых клеточных процессов, включая деление клеток, синтез белка, репликацию, производство железа (т. е. сидерофора) и транскрипцию. Многие гены, необходимые для роста у M. tuberculosis, ограничены у M. leprae.

Клеточная стенка и клеточные процессы утрачены

В M. tuberculosis имеется 751 ген, посвященный клеточной стенке и клеточным процессам; однако M. leprae обладает только 371 геном для этих функций. Клеточная стенка (и ее компоненты) необходима для роста и выживания. Внутренний слой микобактериальной клеточной стенки состоит из пептидогликана, а наружный слой — из миколовой кислоты. Миколовая кислота необходима для прочной клеточной стенки, и она выполняет другие функции. Гены, которые обычно кодируют это, являются миколовой кислотой, которая является псевдогеном в бацилле проказы.

Два специфических гена, которые имеют решающее значение для кодирования ферментов, необходимых для роста, также были потеряны. Mycobacterium smegmatis (быстрорастущий) и M. tuberculosis обнаружены у M. bovis, M. avium и M. leprae. Часть генома M. leprae, кодирующая белки, сахара (полисахариды), липиды (жиры), пептидогликаны и другие химические вещества, состоит примерно из 260 функциональных генов и примерно 76 псевдогенов. Согласно этим данным, эффективность строительства клеточной стенки должна быть снижена примерно на 25 процентов.

M. leprae содержит около 110 функциональных генов, отвечающих за функции клеток, которые включают в себя деление клеток, адаптацию к атипичным условиям, детоксикацию и производство аминокислот, жирных кислот, белков выделения и различных ионов. Примерно 25% генов, ответственных за деление клеток, нефункциональны. Более 50% генов, ответственных за детоксикацию, являются псевдогенами. Около 50% генов, отвечающих за адаптацию и атипичные условия, аминокислоты, белки и ионы, распались до нефункционального состояния. Не существует функциональных генов для транспортировки жирных кислот. Хотя M. leprae значительно разложился, он все еще обладает достаточной информацией, чтобы производить свои необходимые компоненты, такие как липиды, аминокислоты и ДНК. Он также может непосредственно получать эти компоненты из клетки-хозяина. По-видимому, наиболее значительным результатом минимального генома является невероятно медленный темп роста.

Энергетический обмен

Промежуточный метаболизм и дыхание кодируются 895 генами у M. tuberculosis, но только 431 ген присутствует у M. leprae. Было отмечено снижение способности расщеплять сахара посредством гликолиза (анаэробного дыхания) и других метаболических путей. Две пятых генов, кодирующих пентозофосфатный путь, уменьшились до псевдогенов. Все гены, которые были бы посвящены анаэробному дыханию, испортились в нефункциональные аналоги, поэтому M. leprae не обладает анаэробными или микроаэрофильными способностями. Кроме того, одна четверть генов бацилл, отвечающих за аэробное дыхание, также распалась на псевдогены. Поскольку многие из основных метаболических функций значительно снижены или даже устранены, M. leprae будет иметь медленный темп роста. Одной бактерии требуется 12 дней, чтобы создать другую. (Вспомните, что большинству бактерий требуется 20 минут для бинарного деления, типа бесполого размножения. Кроме того, яблочный фермент, который был связан с быстрым ростом микобактерий, отсутствует у M. leprae. Для того чтобы инфекция стала причиной заболевания, требуется от 3 месяцев до 20 лет (а рекорд составляет 40 лет). Однако, как только бацилла проказы устанавливается в организме, ее трудно искоренить. Рост медленный, но устойчивый и уверенный.

Иисус, исцеляющий прокаженного, 1864 (холст, масло). Музей изящных искусств, Ним, Франция.

Mycobacterium leprae претерпел значительное разложение по сравнению с другими видами микобактерий. M. leprae обладает минимальными существенными генами, необходимыми для биологических и структурных свойств в виде микобактерий. Он обладает «существенным» набором генов для выживания, но не более того. Это в отличие от Pseudomonas aeruginosa, которая имеет большой геном более шести мегабайт, что делает ее самым большим известным набором генов для бактерии — и она растет на всем. Ухудшение, вероятно, связано с Эдемским проклятием, которое согласуется с вырождающимся творением.

После 1981 года, Всемирная организация здравоохранения рекомендовала мульти-лекарственную терапию (multi-drug therapy, MDT) для лиц, инфицированных M. Leprae. Эта терапия состояла из трех антибиотиков — клофазимина, рифампицина и дапсона. Они оказались очень эффективными в лечении болезни Хансена всего за шесть месяцев. Мир стал свидетелем резкого сокращения распространения инфекции. С 1985 года уровень заболеваемости снизился на 90 процентов, и 14 миллионов человек были вылечены. Проказа была искоренена в 113 странах. Начиная с 2001 года число выявленных новых случаев заболевания ежегодно сокращается на 20 процентов. Это очищение от проказы в современном мире может быть картиной того, как однажды великий Врач восстановит наши тела на небесах. Подобно тому, как Иисус восстановил человека с иссохшей рукой, Он также восстановит разлагающееся творение в хорошее состояние еще раз (Луки 6:6).

Библейская проказа и болезнь Хансена

Библейская проказа и болезнь Хансена имеют то общее, что оба они внушают страх, и люди избегали их. Существительное tsara’ath встречается в еврейской Библии около двух десятков раз. Чаще всего оно встречается в книге Левит, где оно используется для описания состояния осквернения, проявляющегося в виде чешуйчатой ткани, кожи и стен домов. В Септуагинте, греческом переводе еврейской Библии, tsara’ath был переведен как aphe lepras. Эти греческие слова подразумевали состояние кожи, распространяющееся на все тело. Tsara’ath по-прежнему переводится как «проказа», хотя этот термин шире; поскольку на Ближнем Востоке не было проказы в том виде, в каком мы ее знаем, в то время, когда была написана еврейская Библия. Другие предположили, что перевод tsara’ath включает в себя «плесень». Недавнее открытие высокотоксичной плесени (Stachybotrys sp.), которая загрязняет здания и вызывает респираторные расстройства, потерю памяти и сыпь, поддерживает перевод tsara’ath, чтобы включить «плесень». Скорее всего, tsara’ath включает в себя «коллекцию» современных терминов, включая болезнь Хансена, инфекционные кожные заболевания и болезни плесени (или даже мучнистую росу).

Библейская проказа — это более широкий термин, чем проказа (болезнь Хансена), которую мы знаем сегодня. Ученые, впервые переведшие Библию с древнееврейского на греческий язык, использовали термин lepra, когда сталкивались с непереводимым еврейским словом tsara’ath. Писатели были не студентами-медиками, а хорошими наблюдателями, которые записывали то, что видели. Еврейский tsara’ath включал в себя множество болезней. В первую очередь это относилось к нечистоте или несовершенству в соответствии с библейскими стандартами. Человек с любым пятном кожи был tsara’ath. Символизм распространялся на гниль или пятна на коже, домах и тканых тканях. Другие ветхозаветные упоминания о проказе касаются наказания или последствий греха. Уравновесьте эти отрывки с другими, где Бог посылал различные бедствия за непослушание: язвы на фараона и Египет, бубонную чуму филистимлян, болезнь ног царя Асы иудейского. Проказа не выделяется из других болезней.

Ссылки на проказу имеют различное значение между Ветхим и Новым Заветами. Еврейское слово tsara’ath и ссылки на проказу во всем Ветхом Завете имеют два особых контекста: 1) ссылка на церемониальные законы и ритуальную нечистоту и 2) наказание или последствия греха. Все упоминания о проказе в Новом Завете содержатся в Евангелиях и в контексте исцеления и социального благополучия. Иисус прикасался к людям с проказой. Они традиционно страдали от изгнания из семьи. Иисус порвал с традицией; Он лечил людей от проказы, прикасаясь к ним и очищая их. Иисус сострадал тем, кто страдал проказой.

Обмен генами: горизонтальный перенос генов между бактериями

Бактерии — быстро приспосабливающиеся организмы. Они должны быть такими. Без предупреждения человек съедает бактерию, живущую в заправке на салат-баре, а затем она транспортируется в желудок, который очень кислый. Или бактерия, которую насекомое собирается ввести в человеческую руку, вскоре столкнется с окружающей средой, сильно отличающейся от той, что находится внутри насекомого. Выживают только приспособленные. Бактерии изменяются, не только мутируя свои геномы, но и получая и инкорпорируя сегменты ДНК от представителей других видов.

Как можно определить один вид бактерий, если большие части генома этой бактерии соединены вместе в сегментах генов, полученных от смеси других видов бактерий, которые не являются ее прямыми предками, но ее современниками? Бактерии используют эту способность для приобретения генов от других организмов, чтобы позволить им адаптироваться к быстро меняющейся среде и стать устойчивыми к антибиотикам. Эта способность к быстрым изменениям делает их способными вызывать новые, возникающие и вновь возникающие болезни. Это облегчает и увеличивает их возможности для выживания.

Размножение бактерий обычно описывается как бесполое, поскольку бактерии не имеют эквивалента генетического слияния двух различных клеток, что характерно для полового размножения у эукариот. Тем не менее, бактерии обладают способностью обмениваться сегментами ДНК с другими бактериями. Поскольку эти сегменты могут закрепляться в геноме бактерии и наделять ее новыми признаками, обмен генами между бактериями можно рассматривать как одну из форм бактериального секса. Обмен ДНК между бактериями называется горизонтальным переносом генов, чтобы отличить его от вертикального переноса генов, наследования гена(ов) от предшественника. В настоящее время известно, что многие инфекционные заболевания обусловлены горизонтальным переносом не только одного гена, но и многих генов в кластерах, называемых кассетами, или островками патогенности.

Пакеты генов часто передаются через плазмидную ДНК, которая кодирует ферменты, токсины, факторы вирулентности и белки, которые приводят к несчастью у хозяина-реципиента микроба, вызывающего микроб. Они являются искажением изначального благого плана Творца. Тление — это акт изменения или изменения к худшему; отход от того, что есть добро, или от идеального замысла Творца в 1 и 2 главах Бытие. Дополнительная информация загрязняет хорошее сообщение.

На протяжении десятилетий было известно, что бактерии способны к горизонтальному переносу генов в лабораторных условиях. Фактически, информация о горизонтальном переносе генов была основой генно-инженерной революции. Только когда биотехнологи смогли внедрить чужеродную ДНК в бактерии в лаборатории, стало возможным клонирование (путем трансформации). Однако до недавнего времени многие биологи недооценивали важность горизонтального переноса генов как формы бактериальной изменчивости в природе. Однако новые исследования бактериальных геномов и открытие того, что делает их патогенными, доказали, что именно горизонтальные (а не вертикальные) изменения делают бактерии другими. Кроме того, накапливаются данные, подтверждающие утверждение о том, что горизонтальный перенос генов не только часто встречается в природе, но и играет значительную роль в изменении бактериальных клеток, разложении и деволюции (разновидности вариации).

Происхождение Super Staph/супер стафилококка — метициллинрезистентного золотистого стафилококка (MRSA)

Золотистый стафилококк — это бактерия, которая может безвредно жить в носу и иногда на коже в состоянии, известном как колонизация. Скорее всего, S. aureus изначально был создан для того, чтобы жить в гармонии с человеком как безобидная, нормальная флора. Возможно, он сыграл положительную роль в утилизации элементов в носу или коже, как это сделал его «кузен» S. epidermidis в своем оригинальном хорошем дизайне. Сегодня S. aureus вызывает множество заболеваний, в том числе кожные фурункулы, инфекции язв ног и пролежни. Иногда он может вызвать более серьезные нарушения, такие как заражение крови (септицемия) и инфекции костей, суставов или сердечных клапанов. Это больница номер один с приобретенной (внутрибольничной) инфекцией. До недавнего времени широко применяемые антибиотики, такие как пенициллин, убивали большинство штаммов золотистого стафилококка.

Сканирующая электронная микрофотография бактерий Staphylococcus aureus липкое на вид вещество, сплетенное между круглыми кокковыми бактериями, и известное как «биопленка». Было обнаружено, что эта биопленка защищает бактерии, которые выделяют вещество, от атак антимикробных агентов, таких как антибиотики.

Теперь S. aureus устойчив ко многим антибиотикам, включая метициллин. Хотя метициллин — резистентный золотистый стафилококк (MRSA) — может также жить безвредно в носу или коже, если инфекции развиваются, они могут быть более трудными для лечения. Кроме того, некоторые типы MRSA, по-видимому, легко распространяются между пациентами в больнице, которые затем могут заболеть в результате. MRSA иногда в прессе называют «суперстафилококком» или «супербактерией» из-за его устойчивости, его способности вызывать инфекции у госпитализированных пациентов и его способности вызывать вспышки в палатах. Причина, по которой больницы кажутся рассадниками резистентных MRSA, заключается в том, что много различных штаммов объединяются с таким количеством доз антибиотиков, что значительно ускоряет этот естественный процесс отбора.

Спорьте, говоря: «Это эволюция»

Хотя гены устойчивости MRSA к антибиотикам и токсинам, по-видимому, были добавлены к ее существующим плазмидам, она потеряла некоторые ключевые метаболические функции, чтобы выжить самостоятельно. S. aureus выбрал как свои гены устойчивости (R), так и гены токсина с острова патогенности Enterococcus faecalis. Эта новая информация является искажением исходной плазмидной ДНК. Этот горизонтальный перенос не улучшает общую приспособленность бактерий. Это изменение позволило бактерии процветать главным образом в больничной среде (нозокомиальная инфекция номер один в некоторых больницах). Тем не менее, он уменьшил клеточные функции в дикой природе, изменил активность ферментов и в некоторых мутациях S. aureus устранил экспрессию нормальных генов.

Хотя такие изменения в MRSA можно рассматривать как «полезные» для бактерий, поскольку они увеличивают выживаемость бактерий в присутствии антибиотика, они включают мутационные процессы, которые не обеспечивают генетический механизм для реальной эволюции (т. е. вы не должны говорить «эволюция»; происходит потеря общей функции, и MRSA потеряет свою способность конкурировать с другими бактериями в дикой природе и в не-антибиотической среде.

Происхождение бубонной чумы

Хотя некоторые формы бактерий Yersinia безвредны, другие формы опустошили человеческие популяции, с чумой библейских масштабов (Псалтирь 90:3-7, 9,10). Бубонная чума (также известная как «Черная Смерть», которая убила четверть населения Европы в 1300-х годах) несколько раз появлялась в Ветхом Завете, в том числе в псалме 90 и во 2 Царств 24:14-25. Возможно, самый яркий пример такой чумы зафиксирован в 1 Царств 6:4-19, где есть конкретное упоминание об опухолях у людей (bubos = опухоли лимфатических желез) и крыс (животный переносчик, переносивший бактерию чумы, Yersinia pestis). Библейские сроки эпидемий, описанных в 1 Царств, были приблизительно 3 000 лет назад. Интересно, что специалисты по чумной «эволюции» оценивают появление Y. pestis примерно в 1500–20 000 лет назад.

Происхождение чумы многогранно

Многие инфекционные заболевания можно проследить вплоть до распада и порчи первоначально созданного дизайна микроорганизмов в результате грехопадения. «Коррупция» буквально означает разрушать (от латинского corruptus). С биологической точки зрения, повреждение — это потеря генетической информации или неправильное добавление генетического материала; будь то вставка или удаление, результатом является повреждение исходного кода. Происхождение патогенных (болезнетворных) бактерий, таких как Y. pestis, является одновременно сложным и многогранным, и это может быть объяснено комбинацией генов, которые были потеряны, добавлены и перемещены. История вырождения Yersinia в возбудителя чумы может служить моделью «быстрого» геномного распада и разложения.

Похоже, что начало патогенности в роде Yersina началось с чистой потери хромосомной ДНК из его первоначального «вида». Позднее появились незначительные добавления плазмидной ДНК, а также вирусной и бактериальной ДНК. Некоторые плазмидные гены токсинов были приобретены у других существующих видов, но многие хромосомные гены были утрачены. Чтобы получить этот новый, чрезвычайно инфекционный вариант, требуется всего несколько таких изменений генов, поэтому, возможно, потребовались лишь сотни или несколько тысяч лет, чтобы получить нынешний штамм бубонной чумы, который существовал в течение последних 500 лет.

Потеря хромосомной ДНК

Исследователи предполагают, что ключевые хромосомные гены (то есть участвующие в метаболических путях) были потеряны при переходе от почвы, населяющей тип Yersinia, к патогенному виду Yersinia. Патогенные Yersinia утратили генетическую экспрессию многочисленных (около 149) генов. Из потерянных генов 58 являются результатом мутаций сдвига фреймов, 32 подверглись делеции, а остальные — бессмысленные мутации, все из которых препятствовали нормальной экспрессии ранее существовавших генов.

Важной особенностью генома Y. pestis является наличие псевдогенов. Биологи считают, что эти гены отражают потерю структурной информации и функций. Доктор Рен, ведущий специалист по чуме в мире, предполагает, что гены, потерянные в Y. pestis, влияют на биоэнергетические функции, включая метаболизм дикарбоновых аминокислот. Это уменьшение метаболических путей может позволить бактерии сохранить энергию. Вновь возникшие штаммы (варианты) упорядочены и могут способствовать развитию патогенности (например, чумы) из-за отсутствия у них генов. Считается, что отсутствие важных биосинтетических генов является признаком геномного распада.

Гены добавлены и перемещены

Повреждение тремя генами относительно доброкачественного недавнего предка Y. pestis, возможно, сыграло ключевую роль в возникновении бубонной чумы. Недавний доклад Хиннебуша и его коллег, группы экспертов по чуме в Национальном институте здравоохранения, предполагает, что приобретение двух плазмидных генов (то есть всего лишь нескольких дискретных генетических изменений) в последнее время изменило довольно безвредный Y. pseudotuberculosis, который вызвал легкое пищевое отравление, на агента «Черной Смерти». Третий ген (носитель плазмиды pMT1) продуцирует мышиный токсин, фермент, необходимый для первоначального выживания Y. бациллы чумы в блошиный кишки (Табл. 9.1). Приобретя этот ген у другого организма, Y. pestis произвел решающий сдвиг в спектре своих хозяев. Бактерия теперь могла выживать среди блох, и ей пришлось полагаться на своего кровопитающего хозяина для передачи инфекции. Это лишь еще один пример гибкости многих микробов и того, как они иногда переупаковывают себя в более опасных возбудителей инфекционных заболеваний.

Таблица 9.1. Связанные с вирулентностью плазмиды Yersinia pestis

Это последнее повреждение отличает Yersinia pestis от всех тесно связанных, более доброкачественных бактерий, таких как Y. pseudotuberculosis и другие Yersinia (например, Y. entercolitica). В свою очередь, поскольку Y. pestis приспособился полагаться на своего нового кровопитающего хозяина для передачи инфекции, появление более смертоносных штаммов бактерий было бы благоприятным. По-видимому, эти незначительные добавления плазмид были последними изменениями, сделанными в длинной серии генетических потерь в хромосоме Y. pseudotuberculosis. Один островок патогенности был приобретен Yersinia pestis от другой бактерии. Эта кассета генов не была эволюцией новой хромосомной ДНК; она была приобретением через латеральный перенос генов. Она произвела искаженное сообщение, которое дало бактериям новое «положение» в кишечнике. Y. pseudotuberculosis не имеет позиционного гена (т. е. гена локуса hms), который побуждает бациллы безвредно оставаться в средней кишке блохи. Чумные бациллы, напротив, имеют этот вставленный локусный ген. Свободные от своего первоначального контроля и вызывающие недостаток информации «правильного направления», бактерии мигрируют из средней кишки в переднюю кишку, а затем образуют пробку упакованных бацилл, передаваемых жертве.

Гены, микробы и Бытие

Чумные бактерии — не единственные микроорганизмы, которые выродились в болезнетворные организмы. К другим патогенным бактериям, подвергшимся геномному распаду, относятся различные микоплазмы (например, Mycoplasma genitalium и M. pneumonia, последняя вызывает пневмонию) и Mycobacterium leprae (палочка проказы).

Автор: д-р Алан Л. Гиллен