Laaja kansainvälinen tutkimus on selvittänyt Enterococcus faecalis -bakteerin alkuperästä ja evoluutiosta useita piirteitä, jotka ovat saaneet sen selviytymään huolimatta sairaaloiden, antibioottien ja infektioiden hoidon kehityksestä. Tutkimuskonsortiota johti Helsingin yliopiston, Oslon yliopiston ja Cambridgessa sijaitsevan Sanger-instituutin professori Jukka Corander. Tulokset julkaistiin Nature Communications -tiedelehdessä maaliskuussa.
Enterococcus faecalis on useilla eri eliölajeilla esiintyvä suolistobakteeri, joka on yleinen verenmyrkytyksen ja sydämen tulehdusten aiheuttaja. E. faecalis tunnetaan myös sairaalabakteerina. Sen aiheuttamien infektioiden hoito on usein hankalaa, koska lajissa esiintyy useille antibiooteille vastustuskykyisiä kantoja.
Tutkijat tarkastelivat vanhoja ja uusia potilasnäytteitä verestä sekä terveiden ihmisten ja eläinten ulostenäytteitä. Uusimman Nanopore DNA -sekvensointiteknologian ja Coranderin ryhmän kehittämien uusien analyysimenetelmien avulla he pystyivät paljastamaan useita piirteitä erityisesti sairaaloihin pesiytyneistä bakteerikannoista.
– Meillä oli harvinainen mahdollisuus päästä tutkimaan potilasnäytteitä ajalta ennen antibioottien laajamittaista käyttöönottoa. Vanhin näytteistämme oli peräisin hollantilaisesta sairaalasta vuodelta 1936. Näiden vanhojen bakteerien perimän tarkka selvittäminen antoi mahdollisuuden verrata niitä moderneihin potilasnäytteisiin ja selvittää bakteeripopulaation evoluution kulkua uskomattomalla tarkkuudella, Corander kertoo.
Viisi sairaaloihin erikoistunutta kehityshaaraa
Tutkimuksessa selvisi, että maailmassa kiertää parhaillaan ainakin viisi sairaalaympäristöön erikoistunutta E. faecaliksen kehityshaaraa, joista vanhin on syntynyt jo 1800-luvun puolivälissä ja viimeisin 1960-luvulla. Kaikkia kehityshaaroja yhdistävät samankaltaiset perimän evolutiiviset muutokset, jotka ovat todennäköisesti antaneet niille kyvyn sopeutua sairaalaoloihin.
– 1800-luvulla ei ollut käytössä antibiootteja eikä samankaltaisia antibakteerisia teknologioita kuin moderneissa sairaaloissa. Siitä huolimatta jokin ulkoinen valintapaine johti näiden bakteerikantojen syntyyn. Bakteerien saamien ominaisuuksien ansiosta ne pysyvät hengissä ja leviävät sairaaloissa vielä tänäkin päivänä, Corander kertoo.
Tällaista ulkoista valintapainetta saattoivat luoda arseeni ja elohopea, joita käytettiin 1900-luvun alkupuolella esimerkiksi lääketieteellisissä kokeissa. Tutkijat löysivät vanhoista E. faecalis -näytteistä geenejä, jotka tekevät bakteerista vastustuskykyisen molemmille.
Näytteitä myös eläimistä
Koska E. faecalista esiintyy monella eliölajilla, tutkijat keräsivät laajan kirjon näytteitä sairaalapotilailta, terveiltä ihmisiltä, tuotantoeläimiltä sekä villieläimiltä. Näin tutkijat saivat tarkan kuvan siitä, miten eri isäntälajit vaikuttavat bakteerin evoluutioon. Etenkin kymmenien eri lintulajien näytteet yllättivät.
– Löysimme lukuisten villien lintujen ulosteista E. faecalis -bakteerikantoja, jotka olivat samankaltaisia kuin sairaaloihin erikoistuneet E. faecalikset. Suurin osa näytteistä oli peräisin lintulajeilta, jotka eivät ole läheisessä kontaktissa ihmispopulaatioiden kanssa. Tästä voimme päätellä, että ne ominaisuudet, jotka saavat sairaaloihin erikoistuneet bakteerikannat menestymään, antavat bakteerille kyvyn elää ja levitä myös lintupopulaatioissa.
Tässä suhteessa E. faecalis eroaa merkittävästi sisarlajistaan Enterococcus faeciumista, joka on toinen monille antibiooteille vastustuskykyinen sairaalabakteeri. Sen sairaaloihin erikoistuneita kantoja ei ole lähes koskaan tavattu sairaaloiden ulkopuolella, eikä varsinkaan villeillä eläimillä.
Tutkimus antaa lisäpontta tarkkailla sairaaloihin tulevien potilaiden mikrobistoa, jotta sairaalabakteeria kantavat potilaat voidaan havaita mahdollisimman varhaisessa vaiheessa ja siten pyrkiä estämään bakteerien leviäminen potilaiden välillä. Tämänkaltainen menettely on jo yleisesti käytössä suomalaisissa sairaaloissa esimerkiksi MRSA-bakteerin varalta.
Tutkimusta on rahoittanut Tietotekniikan tutkimuslaitos HIIT.
Julkaisu:
Anna K. Pöntinen, Janetta Top, Sergio Arredondo-Alonso, Gerry Tonkin-Hill, Ana R. Freitas, Carla Novais, Rebecca A. Gladstone, Maiju Pesonen, Rodrigo Meneses, Henri Pesonen, John A. Lees, Dorota Jamrozy, Stephen D. Bentley, Val Fernandez Lanza, Carmen Torres, Luisa Peixe, Teresa M. Coque, Julian Parkhill, Anita C. Schürch, Rob J. L. Willems, Jukka Corander (2021) Apparent nosocomial adaptation of the generalist major pathogen Enterococcus faecalis predates the modern hospital era. Nature Communications, doi: 10.1038/s41467-021-21749-5
Lisätiedot:
Jukka Corander
Tilastotieteen professori, Helsingin yliopisto
jukka.corander@helsinki.fi
+358 50 415 5294