Ученые из Канады и США выяснили, почему безвредные бактерии превращаются в патогенные микроорганизмы, которые могут вызвать эпидемии. Оказалось, что причина заключается не только в переносе генов от болезнетворных микробов, но и в адаптационном полиморфизме вирулентности.
Адаптационным полиморфизмом называется ситуация, когда в популяции существует несколько разновидностей, выживанию каждой из которых в определенных условиях благоприятствует естественный отбор. Известный пример — бабочки березовой пяденицы (Biston betularia), которые могут иметь светлый или темный окрас. Morpha typica, чьи крылья имеют бело-сероватый цвет и черные пятна, прячется от птиц, маскируясь на фоне стволов березы. Однако вблизи городов и промышленных зон деревья могут быть покрыты копотью, поэтому преимущество имеют бабочки morpha carbonaria с черным цветом крыльев.
Ученые предположили, что, по аналогии с B.betularia, у части безвредных бактерий имеется ДНК, которая способствуют возникновению инфекционных штаммов. Чтобы доказать это, исследователи проанализировали 43 генома холерных палочек (Vibrio cholerae). Эти бактерии, живущие в воде, образуют множество различных групп. Одна из них включает микробы, которые обладают патогенной ДНК, кодирующей экзотоксин — белок, вызывающий смертельно опасную диарею. Однако гены экзотоксина имеются и у непатогенных бактерий.
Исследователи расшифровали ДНК микробов и сравнили их геномы. Были обнаружены варианты генов (аллели), которые усиливают способность бактерий проникать внутрь организма хозяина, а также те, что ослабляют ее. Ученые полагают, что существованию адаптационного полиморфизма вирулентности в популяции способствуют определенные экологические условия. Сами аллели служат почвой, благоприятной для закрепления патогенных генов, попадающих в V.cholerae путем горизонтального переноса.
Горизонтальный перенос генов — процесс, в котором организм передает генетический материал другому организму, не являющемуся его потомком. В результате среди бактерий может распространяться ДНК, делающая их опасными для жизни людей. По мнению ученых, это явление также было причиной появления многоклеточной жизни.