V příběhu o vzniku bakteriální odolnosti hrají roli i ježci

„Středně velcí savci jsou z evolučního hlediska velmi zajímaví,“ vysvětluje Pavel Hulva, molekulární biolog a zoolog z Přírodovědecké fakulty UK, proč právě na ježcích probíhala studie zaměřená na vznik bakteriální rezistence. Výsledky výzkumu, na němž se podílel s Barborou Černou Bolfíkovou z České zemědělské univerzity (ČZU) a dalšími vědci z Kodaně či Cambridge, zveřejnil prestižní vědecký časopis Nature.

Z nové studie vyplývá, že rezistence k antibiotikům je důsledkem evolučních „závodů ve zbrojení“ mezi mikroskopickými houbami a bakteriemi na tělech ježků. Dle studie rezistence vůči antibiotikům vznikla v přírodním prostředí u zvířat dávno před začátkem klinického využití antibiotik. Přenos takových kmenů na domácí zvířata i lidi pak souvisel s rozsáhlým poškozením ekosystémů lidmi, což je primární příčina přenosu na člověka u většiny lidských infekčních onemocnění. Nejznámějšími novými případy jsou ebola a covid-19.

„Antibiotika jako léky objevené západní medicínou před osmdesáti lety a předepisované proti bakteriálním infekcím zná každý. Méně známé je, že jsou to přírodní látky, které existují od nepaměti: ,chemické zbraně´, které používají houby proti bakteriím. Bakterie někdy reagují na antibiotika vznikem rezistencí, obávaných v lékařském prostředí,“ upřesňuje Barbora Černá Bolfíková z Fakulty tropického zemědělství ČZU v Praze.

V příběhu o vzniku bakteriální rezistence hrají klíčovou roli malí savci s ostny – ježci, trichofytóza (mikroskopické houby žijící na jejich kůži), bakterie Staphylococcus aureus („zlatý stafylokok“, způsobující různé infekce u lidí i domácích zvířat) a jedna skupina antibiotik (beta-laktamová antibiotika, například peniciliny). „Ukázalo se, že houby žijící přirozeně na kůži ježků, produkují beta-laktamová antibiotika, která zapříčinila vznik stafylokoků rezistentních na methicilin (označovaných zkratkou MRSA – methicilin-resistant Staphylococcus aureus) ještě předtím, než se antibiotika začala využívat v lidské a veterinární medicíně,“ dodává česká vědkyně.

Nastává era biologie velkých dat

„Tato práce ilustruje, jak nové technologie – jako je genomika – otevírají éru biologie velkých dat, která umožňuje ještě komplexnější pohled na živou přírodu než dosud. Pomocí těchto přístupů se čím dále více ukazuje, že v přírodě je vše propojeno. Těla živých organismů jsou jakési vnitřní ekosystémy, složené z celé řady menších tvorů – virů, bakterií, prvoků, hub i bezobratlých –, označované novým pojmem holobiont (ve všeobecnou známost vešel například zdravotní význam několika kilogramů bakterií, žijících ve střevě každého člověka – pozn. red.), které jsou zase provázány s vnějším ekosystémem – životním prostředím,” komentuje docent Pavel Hulva z Přírodovědecké fakulty UK.

V poslední době vzbudily pozornost nově vzniklé zoonózy, které často souvisí s ničením přírodního prostředí. Třeba přenos eboly na lidi z kaloňů souvisí s rozsáhlým kácením pralesů v Africe, přenos koronavirových onemocnění jako je SARS a covid-19, byl zase zapříčiněn destrukcí ekosystémů a využíváním divokých zvířat k jídlu v přelidněné Asii. Ježci se dostali do blízkosti lidí v Evropě poté, co jsme zničili polootevřenou parkovitou krajinu, která byla tvarována velkými kopytníky a šelmami a kterou se v současnosti snaží ochranáři opět oživit. „Studie v časopise Nature proto zdůrazňuje koncept jednoho zdraví; tedy skutečnost, že zdraví lidí, zvířat i ekosystémů spolu souvisí a přístupy lidské medicíny, veterinárního lékařství a ochrany přírody je potřeba propojit,” dodává molekulární biolog a zoolog Hulva.

Tento objev rozhodně nebyl jednoduchý. Předcházela mu rozsáhlá aktivita mezinárodního týmu, zajišťující vzorkování stěrů z kůže ježků po celé Evropě, sekvenování genomů stafylokoků, biogeografickou analýzu získaných dat, biochemické analýzy antibiotik i mikrobiologické testování rezistence jednotlivých kmenů. Detaily výzkumu budou prezentovány i na 9. konferenci mezinárodního konsorcia odborníků, zabývajících se výzkumem a ochranou ježků, jíž organizují vědci v polovině ledna na České zemědělské univerzitě v Praze.

Proč se výzkum prováděl právě na ježcích? V čem jsou tak „zajímaví“  a přínosní? 

Středně velcí savci jsou z evolučního hlediska velmi zajímaví. Diverzifikující selekce predací tlačí velikost zvířat buď dolů (aby se mohla schovat), nebo nahoru (aby se ubránila). Středně velkých savců je relativně málo – je to trochu analogie současných rostoucích nerovností a ubývající střední třídy v sociologii –, a vzhledem k tomu, že žijí v nebezpečné zóně – nemohou se před predátory schovat ani ubránit silou; často disponují výraznými antipredačními adaptacemi, jako jsou například ostny ježků. Na tuto základní evoluční expozici se nabaluje řada dalších specifik.

Jak dlouho výzkum trval a kolik vědců se do něj zapojilo? 

Tento konkrétní výzkum započal v roce 2017. Původní skupina, v rámci níž probíhalo i vzorkování v různých částech Evropy, zahrnovala asi dvacítku vědců. Rozsáhlé srovnávací genomické analýzy, které probíhaly při finalizaci článku v roce 2021, si pak vyžádaly rozšíření týmu na finální počet zhruba šedesáti autorů.

Náročnost i krása této studie tkví v tom, že integruje disciplíny napříč biologií a primární i aplikovaný výzkum – zahrnuje vzorkování mikrobiomu zvířat v terénu, sekvenování genomů stafylokoků, biogeografickou analýzu získaných dat, biochemické analýzy antibiotik i mikrobiologické testování rezistence jednotlivých kmenů. Ve výsledku je to taková hi-tech biomedicínská molekulární ekologie, přesně ve stylu eseje Edith Heard, ředitelky instituce EMBL v Heidelbergu, s názvem Molecular biologists: Let’s reconnect with nature, který vyšel v časopise Nature tento týden.

Člověk vás má - domnívám se - spojeného spíše s velkými šelmami. Proč teď ježci?  

Ano, velké šelmy jsou atraktivní zvířata, proto přitahují i mediální pozornost. Ale s tématem vzniku rezistence na antibiotika u bakterií v kontextu ježčího mikrobiomu mám rezonanci ve všech směrech (s úsměvem).

Začínal jsem jako genový inženýr a mikrobiolog, věnující se vzniku nových vlastností u mikroorganismů. Na postgraduálu jsem se začal zabývat fylogenetikou a fylogeografií savců, nejdříve u netopýrů. Ježkům jsme se s mojí bývalou studentkou Barborou Černou Bolfíkovou začali věnovat v roce 2006. Ježci patří ke středně velkým hmyzožravcům s pomalým metabolismem a hibernací, jejich rozšíření a mikroevoluce byla proto výrazně ovlivněna oscilacemi klimatu během pleistocénu. Ježek západní a východní navíc vytvářejí ve střední Evropě hybridní zónu. Tyto druhy jsou proto vhodným modelem pro fylogeografický a speciační výzkum, na který se naše pracovní skupina zaměřuje. Od roku 2012 jsme o ježcích publikovali řadu prací.

Další aspekty výzkumu ježků souvisejí s ochranou přírody a dokonce i s velkými šelmami. Ježci se dostali do blízkosti lidí v Evropě poté, co jsme zničili polootevřenou parkovitou krajinu, která byla tvarována savčími megafaunami, a kterou se snaží ochranáři opět oživit. Vymizení velkých predátorů též způsobilo přemnožení těch středně velkých, například lišek nebo jezevců, což působí ježkům v antropogenní krajině velké problémy. Když k tomu přidáme defenzivní strategii ježků, a tím pádem velkou mortalitu na silnicích, není divu, že se ježci stávají i modelovým druhem pro ochranu přírody. Jejich synantropní tendence pak souvisejí s rolí v cyklech některých zoonóz, což je i aspekt, kterého se týká nový článek v Nature.

Co bude se studií dál, má pokračování?

Ano, s kolegyní Černou Bolfíkovou tvoříme sehraný tým a výzkumy ježků pokračují, ať už ve střední Evropě nebo v exotičtějších destinacích, jako je například Afrika. Takže odpovídám: Pokračování příště!