Patogeenisten bakteerien evoluutio isännän sisällä

Abstract

Patogeenisten bakteerien evoluutiosta ihmisten sisällä on saatu runsaasti uutta tutkimustietoa koko genomin sekvensoinnin yleistymisen ja sen tuomien uusien mahdollisuuksien myötä. Isännän sisällä tapahtuvista evolutiivisista prosesseista on paljastunut niin odotettuja kuin ennalta arvaamattomiakin kuvioita. Geneettinen ajautuminen sekä puhdistava ja hajottava valinta muokkaavat populaation monimuotoisuutta isännän sisällä. Bakteerien populaatiokoko isännän sisällä voi olla todella suuri, minkä tiedetään heikentävän geneettisen ajautumisen vaikutusta. Bakteerit ovat kuitenkin yleensä jakautuneet isännän elimistön eri osiin. Tämä isoloitunut kolonisointi ja populaatiokoon heilahtelut korostavat geneettisen ajautumisen merkitystä isännän sisäisissä populaatioissa. Puhdistava valinta vaikuttaa isännän sisäisissä populaatioissa vähemmän kuin muissa populaatioissa vahvan geneettisen ajautumisen ja vain vähän haitallisten mutaatioiden karsimiseen tarvittavan ajan puutteen takia.

Patogeenien ja isännän väliset jatkuvat konfliktit johtavat evolutiiviseen kilpavarusteluun ja kiihtyneeseen evoluutioon. Adaptiivinen evoluutio lisää evoluutionopeutta verrattaessa neutraaliin evoluutioon. Patogeeniset bakteerit eivät kuitenkaan aina aiheuta isännälleen tautia. Ne voivat evolutiivisena strategianaan myös vähentää virulenssia isännän sisällä. Ihmisen ja patogeenin koevoluutio on merkittävä tekijä bakteerin virulenssin vähenemiseksi. Hyvin usein isännän sisäiset bakteeripopulaatiot ovat heterogeenisiä. Etenkin pitkissä kroonisissa infektioissa polymorfismi on yleistä. Redusoiva evoluutio on myös tavanomaista kroonista infektiota aiheuttaville patogeeneille. Tällöin genomi puhdistetaan niistä geeneistä, jotka ovat tarpeettomia ja epäolennaisia patogeenin elämään isännän sisällä. Lisäksi virulenssin heikentyminen on tyypillistä kroonista infektioita aiheuttavalle bakteerille. Sekvensoimalla useampi näyte samasta isännästä saadaan tietoa bakteeripopulaation geneettisestä monimuotoisuudesta. Vertailtaessa eri isännistä kerättyjen näytteiden DNA-sekvenssejä voidaan päätellä tartuntareittejä.

Patogeenisilla bakteereilla yleistynyt antibioottiresistenssi on maailmanlaajuinen ongelma. Uusien toimivien hoitokeinojen kehittäminen on välttämätöntä potilaiden onnistuneen hoidon saavuttamiseksi ja tartuntatautien leviämisten estämiseksi ja kontrolloimiseksi. Toimivien hoitokeinojen kehittämiseksi täytyy näiden bakteerien toimintamekanismeja ymmärtää yhä syvällisemmin. Kehittyneiden DNA:n sekvensointimenetelmien mahdollistamien tekniikoiden ja menetelmien ansiosta saadaan entistä tarkempaa ja yksityiskohtaisempaa tietoa patogeenien toiminnasta molekyylitasolla. Näitä tietoja voidaan soveltaa muun muassa uusia lääkkeitä ja hoitokeinoja suunniteltaessa. Lääkkeiden vaikutuksia voidaan kohdistaa aiempaa tarkemmin esimerkiksi tiettyihin molekyyleihin. Patogeenin ja isännän välillä tapahtuvan jatkuvan evolutiivisen kilpavarustelun vuoksi myös hoitokeinojen on kehityttävä alati. Tässä lieneekin tulevaisuuden suurin haaste. Avoimeksi kysymykseksi jää edelleen se, onko tauti syy vai seuraus bakteerin evoluutiosta isännän sisällä.