ממצאים אלה, הקשורים לחומרת התסמינים כמו שלשולים והתייבשות חמורים, עשויים לסלול את הדרך לאסטרטגיות חדשות להילחם בכולרה, מחלה המאיימת על מיליונים ברחבי העולם.
במחקר שפורסם לאחרונה ב תקשורת טבעחוקרים שילבו למידת מכונה (ML), מודלים מטבוליים בקנה מידה גנום (GSSM) וניתוח תלת מימדי (3D) כדי לזהות גורמים גנטיים המניעים Vibrio כּוֹלֵרָה העברה וחומרת המחלה.
רֶקַע
כולרה היא מחלת שלשול חריפה הפוגעת במיליונים ברחבי העולם, עם שיעורי תמותה משמעותיים, במיוחד באזורים אנדמיים כמו בנגלדש. V. כולרה הוא האורגניזם החיידקי הגורם לכולרה. גרסאות בקבוצת הסרוגרות O1 (סרוטיפים אינבה ואוגאווה) של החיידקים, כמו BD-1 ו-BD-1.2, גרמו להתפרצות האחרונה של 2022.
הופעתן של גרסאות חדשות מצביעה על כך שהחיידק מתפתח. מוטציות גנטיות מגבירות את יכולת ההעברה והארסיות של החיידק. הבנת הגורמים הגנטיים שעושים Vibrio פתוגניים יותר יכולים להקל על פיתוחם של טיפולים חדשים להורדת נטל המחלה.
לגבי המחקר
במחקר הנוכחי, החוקרים השתמשו ב-GSMM ולמידת מכונה עם ניתוח מבני תלת-ממדי כדי לזהות מוטציות גנטיות שהופכות את V. cholerae ליותר העברה וארסית.
חוקרים ניתחו 129 V. כולרה מבודדים מדגימות צואה של אנשים שאושפזו עקב שלשול בבנגלדש (אזורי צ'יטגונג, בריסאל, חולנה, דאקה, סילהט וראג'שהי) בשנים 2015-2021. המשתתפים סיפקו נתונים קליניים המכסים שלשולים, כאבי בטן, תדירות צואה והתייבשות, התייבשות, בנוסף לגילם ולמינם.
החוקרים תרבו את הכולרה של Vibrio, ולאחר מכן בדיקת סרוטיפ שלה בנוגדנים חד שבטיים. ריצוף גנום שלם (WGS) אישר את הבידודים, שעברו בדיקת רגישות לאנטיביוטיקה. בנוסף, חוקרים ניתחו נתוני WGS מ-1,140 V. כולרה מבודדים המתקבלים מאפריקה, הודו, תימן והאיטי.
חוקרים חקרו את החתימה הגנטית של זן BD-1.2. הניתוחים הגנטיים כללו מספר דטרמיננטים, גנים נלווים, תכונות ליבה ומוטציות או פולימורפיזמים חד-נוקלאוטידים (SNP). החוקרים ביצעו ניתוח פנגנום, כולל 218 מבודדים שנאספו בבנגלדש בין 2004 ל-2022, שהתקבלו מארכיון הנוקלאוטידים האירופי (ENA). הם גם ביצעו ניתוח פילוגנטי.
מודלים של למידת מכונה קבעו אם קיימים מתאמים בין המוטציות הגנטיות בזן BD-1.2 לבין תסמינים קליניים. ניתוחי אינטראקציה בין חלבון לחלבון חקרו חלבונים המקודדים לגנים הקשורים לתסמינים קליניים שמופו למסד הנתונים של STRING. אנליזה של אונטולוגיה גנטית (GO) עם הערה לתפקוד החלבון. הניתוח התלת מימדי אפשר ניתוח מבני ויציבות של חלבונים. GSMM, ניתוח משתנה שטף (FVA) וניתוח איזון שטף (FBA) העריכו את ההשפעות של מוטציות גנטיות על V. כולרה צמיחה ומטבוליזם במודלים המוכללים של iAM-Vc960 ושל זן ספציפי. החוקרים השוו את הממצאים ל-219 Vibrio כולרה מבודדים O1 מדקה ומקולקטה מ-2004 עד 2022.
תוצאות
מוטציות באלמנטים משולבים הקשורים ל-SXT (SXT ICE), Vibrio אי פתוגני 1 (VPI-1), Vibrio אי המגפה השביעית II (VSP-II), תת-יחידה של רעלן כולרה B (ctxB)ו gryA אללים הגבירו את יכולת ההעברה והארסיות של BD-2 ו-BD-1.2. שינויים גנטיים אלו מתואמים עם תסמינים קליניים וחומרת המחלה.
אינטראקציות בין גנים הקשורים לוויסות שעתוק, יציבות חלבון ומטבוליזם, הכוללות גנים כמו טרנסלוקציה והרכבה תת-יחידת T (tamA)חלבון 17 קילודלטון (skp)ציסטאין (cysG)ו אביזר תעלות כלוריד (clcA)התיישבות מעיים מוגברת וסבילות לחומצות של V. cholerae.
גנים נלווים כמו אנדונוקלאז (endA), לימפומה 2 של תאי B (bcr_2), hdfR_4ו אלכוהול דהידרוגנאז (adh) קיים באופן בלעדי ב-BD-1.2 עמידות משופרת לאנטיביוטיקה ויצירת ביופילם. החוקרים זיהו 77 מוטציות באזור המקודד, שמופו ל-50 גנים, כולל 12 גנים נלווים מוערים, שהגדילו את פוטנציאל ההעברה של BD-1.2. המחקר הראה חפיפה של ארבעה גנים נלווים, 11 מוטציות ו-SNP אחד בין הגורמים הגנטיים הקשורים להעברת BD-1.2 והצגת מחלה.
ארבעה SNPs, 39 גנים נלווים ו-17 מוטציות היו קשורים לחומרת הסימפטומים. רדוקטאז חלבון עמיד לטריקלוזן (FabV) וגלוטתיון סינתזה (GshB) SNPs הגבירו את חומרת הסימפטומים. SNPs בגורם התארכות התרגום EF-Tu 1 (tufB)diaminopimelate epimerase (dapF), וקוליפאז (clpS) גנים היו קשורים למשך הסימפטומים. גנים כמו dapF ו-gshB שינה משמעותית את הצמיחה, השטף והתשואה המטבולית של V. כולרה במודלים המוכללים והספציפיים לזן.
מתוך 28 SNPs ליבה הקשורים לתסמינים קליניים, 11 היו שונים בין BD-1.2 ל-BD-2. למעלה מ-50% ממוטציות הליבה ו-11% מהגנים הנלווים היו שונים באופן משמעותי בין שתי הגרסאות. חלבון עמידות לטטרציקלין (TetA) וחלבון מדכא טטרציקלין (tetR) גנים היו גנים עמידים לאנטיביוטיקה דומיננטיים ב-BD-2 (98%).
ניתוח פילוגנטי הראה טריפטופן במיקום ה-249 ב-BD-2, ואילו לאוצין מילא את המיקום ב-BD-1.2. ל-BD2 לא היה אלמנט 1 (PLE1) דמוי אי כרומוזומלי שניתן להשראת הפאג שזוהה ב-BD-1.2. המחקר ההשוואתי של 1,134 מבודדים מ-84 מדינות אישר את הממצאים.
מַסְקָנָה
המחקר מדגיש את האבולוציה הגנטית של Vibrio choleraeבמיוחד בבנגלדש, זיהוי מוטציות גנטיות בגנים הליבה והעזר המגבירים את ההתפשטות והארסיות של האורגניזם.
ניתוחים גנומיים חושפים שינויים בפתוגניות ובמנגנוני העברה בין וריאנטים אללים של BD-2 ו-BD-1.2 המתואמים עם תסמינים קליניים. המורכבות הגנטית של V. כולרה מצביע על הצורך בטכניקות ואסטרטגיות מתקדמות לניהול התפרצויות כולרה.
