Международная группа ученых прочла и сравнила геномы 906 представителей самого распространенного возбудителя больничных кишечных инфекций — Clostridium difficile. Оказалось, что этот вид бактерий находится в процессе разделения на два новых, один из которых особенно хорошо приспособлен к жизни в больницах. Его споры выдерживают обработку разбавленной перекисью водорода, а обмен веществ нацелен на расщепление глюкозы и фруктозы.

Clostridium difficile чаще всего инфицирует человека после лечения антибиотиками. Дело в том, что в результате такой терапии обычных обитателей кишечника становится меньше. Они не справляются с тем, чтобы помешать размножению чужака, и клостридии захватывают пищеварительный тракт, вызывая тяжелое расстройство кишечника и диарею. Инфекция хорошо распространяется в больницах не только потому, что там часто используют антибиотики, но и потому, что там скапливается много потенциальных жертв.

Авторы новой статьи предположили, что активное распространение клостридий может стать причиной их эволюции. Чтобы это проверить, они собрали коллекцию из 906 линий Clostridium difficile, выделенных из организмов пациентов, животных и окружающей среды. Большинство — около половины образцов — были родом из Великобритании. Затем ученые прочли геномы всех линий и построили их эволюционное дерево. Оказалось, что современных клостридий можно разделить на 4 родственные группы, из которых три довольно близки друг другу. Группы 1—3 (их назвали кладой А) отделились от группы 4 (клада В) примерно 76 тысяч лет назад. Однако активно размножаться (и, следовательно, разделяться дальше на подгруппы) клада А начала лишь в районе 1595 года, незадолго до появления больниц современного типа.

Говорить об образовании нового вида пока рано, да и в случае бактерий провести между ними границу еще сложнее, чем у многоклеточных животных. Тем не менее авторы работы нашли свидетельства того, что клада А продолжает отдаляться от клады В. Например, рекомбинация (обмен генами) между группами 1—3 внутри клады А происходила в 5—10 раз чаще, чем между каждой из этих групп и кладой В.

Затем исследователи проверили, какие гены в каждой из клад подвергаются позитивному отбору, то есть накапливают значимые изменения. Оказалось, что в кладе В это в основном гены, связанные с обменом серы. А в кладе А отбор действовал на гены, связанные с образованием спор и расщеплением сахаров, глюкозы и фруктозы. Таким образом, клады А и В продолжают идти разными эволюционными путями.

Ученые предположили, что мутации, которые накапливают представители клады А, напрямую связаны с тем, что Clostridium difficile распространена в больницах. Они обработали споры клостридий перекисью водорода в разных концентрациях и выяснили, что в разбавленных растворах (3 и 10%), которые часто используются при дезинфекции, споры клады А выживают гораздо лучше, чем представители клады В.

Затем исследователи подкормили бактерий разными сахарами и обнаружили, что в среде, которая подслащена глюкозой или фруктозой, представители клады А значительно обгоняют кладу В по количеству новых спор. Наконец ученые заселили кишечник мышей клостридиями из обеих клад и кормили животных сладкой пищей. Как и следовало ожидать, в присутствии глюкозы и фруктозы клостридии клады А колонизировали пищеварительный тракт своих жертв активнее, чем их сородичи из клады В.

Авторы работы полагают, что появление больниц современного типа в XVIII веке оказалось на руку клостридиям клады А, у которых к тому времени уже были полезные в этой ситуации мутации, и ускорило их эволюцию. Сейчас они находятся на полпути к выделению в новый вид и продолжают успешно обгонять кладу В в захвате больниц по всему миру. По разным подсчетам, в США на долю клостридий клады А приходится 68,5% клостридиальных инфекций, в Европе — 74%, а в материковых частях Китая — до 100%.