Cum creșterea intensivă a păsărilor a accelerat evoluția Campylobacter
Analizele genomice dezvăluie că creșterea agriculturii avicole industriale a transformat ecologia și evoluția Campylobacter jejuni, crescând schimbările de gazdă și extinzând tulpinile adaptate păsărilor, ceea ce ar putea influența riscul de boli transmise prin alimente.
Un studiu recent publicat în revista PNAS oferă dovezi genomice și de modelare că agricultura intensivă avicolă a remodelat răspândirea și evoluția patogenului Campylobacter jejuni, un factor principal în gastroenteritele bacteriene.
Cresterea rapidă a agriculturii avicole industriale în ultimele decenii a dus la formarea unor efective mari, dens conectate de păsări. Din anii 1960, numărul de găini a crescut de șapte ori, ajungând la aproximativ 31 de miliarde în prezent.
Păsările de curte reprezintă rezerve importante de patogeni, inclusiv de C. jejuni. În trecut, diferitele tulpini de Campylobacter erau asociate cu gazde specifice. Totuși, mediul de fermă industrial facilitează apariția tulpinilor microbiene adaptate păsărilor, precum și transferul trăsăturilor legate de persistență bacteriană și rezistență la antimicrobiene.
Efectivele avicole sunt omogene din punct de vedere genetic, numărul lor este menținut ridicat prin stocare, iar dieta lor este uniformă pe parcursul vieții scurte în comparație cu populațiile lor ancestrale sălbatice. Aceste condiții pot crea provocări semnificative pentru sănătatea și bunăstarea animalelor. Relevante în special, ele servesc drept gazde pentru numeroase microorganisme, majoritatea comensale, dar și câteva zoonotice.
Una dintre acestea este C. jejuni, care se găsește în număr foarte mare în cecul găinilor sănătoase și, prin urmare, este eliminată în fecalele acestora. Aceasta poate duce la infecții umane prin contaminarea alimentelor, în special a păsărilor, cu 60% până la 80% dintre cazurile umane fiind atribuite izolaților proveniți de la păsări.
Pe măsură ce numărul păsărilor de curte crește, apar mai multe oportunități pentru Campylobacter de a pătrunde în lanțul alimentar uman. În plus, expansiunea găinilor domesticite ca nișă ecologică poate influența, de asemenea, evoluția și transmiterea bacteriilor enterice între păsările sălbatice și cele domestice.
Multiple tulpini de C. jejuni pot locui într-o singură găină sau efectivă. Dimensiunile mari ale efectivelor ar putea întări selecția pentru genotipuri adaptate păsărilor, care ar putea fi așteptate să concureze cu alte tulpini. Totuși, nișa în continuă expansiune a găinilor permite, de asemenea, colonizări repetate de către noi linii, ajutând la menținerea diversității substanțiale a tulpinilor.
Aceasta poate promova mai multe oportunități de spillover din animale sălbatice și păsări în găini. Mai multe tulpini de C. jejuni au fost găsite să locuiască în multiple specii, cunoscute sub numele de generaliste ale gazdelor. Acestea sunt conforme cu tranziții recente între gazde, spre deosebire de specialiștii cu gazdă unică care au suferit o evoluție independentă pe termen lung într-o populație genetic izolată.
Această situație poate afecta sănătatea umană, având în vedere că aproximativ 550 de milioane de persoane suferă de diaree alimentară, Campylobacter fiind cea mai comună cauză bacteriană. Studiul actual a urmărit, prin urmare, identificarea genelor și genotipurilor C. jejuni specifice pentru găini și păsări sălbatice, urmărind evoluția patogenului ca rezultat al schimbărilor în ecologia găinilor.
Analiza genomică a urmărit evoluția patogenului între gazde. Cercetătorii au analizat genomurile a 2.747 de izolați C. jejuni colectați din găini și păsări sălbatice, inclusiv 1.892 de izolați din găini și 855 din păsări sălbatice din 27 de țări, prelevate între 1979 și 2024. Folosind reconstrucția filogenetică, analizele genetice populaționale, studiile de asociere pe întreaga genoma și modelarea ecologică, ei au examinat modul în care intensificarea agriculturii avicole a fost asociată cu evoluția bacteriană, tranzițiile între gazdele de găini și cele sălbatice și dinamica populației de-a lungul timpului.
Analiza genotipurilor a relevat tulpini diverse. Un grup a inclus linii generaliste, în timp ce alte două au fost puternic legate de păsările sălbatice și de apă, respectiv. Alte grupuri au arătat asociații de gazdă mai slabe sau suprapuse, în timp ce izolații din găini și păsări sălbatice au fost distribuiți pe larg pe întreaga arbore filogenetic. Aceasta sugerează tranziții repetate între gazde, alături de specializări continue ale gazdelor.
Împreună cu diversele genotipuri și suprapunerile de gene pe întreaga genoma, aceste descoperiri sugerează că expansiunea și răspândirea globală a găinilor domestice a perturbat barierele istorice care separau tulpinile de C. jejuni din păsările sălbatice de cele care colonizau găinile. Acest lucru ar putea permite transmiterea lor între diferite populații de gazde.
Analizele GWAS au relevat semnături genetice candidate de adaptare, cum ar fi trăsături în tulpinile asociate cu găinile legate de toleranța la stres oxidativ, sugerând adaptarea la condițiile din intestinul păsărilor. Este de remarcat faptul că C. jejuni este microaerofil și prosperă când este protejat împotriva daunelor oxidative.
În mod similar, variația secvenței asociate găinilor a fost găsită în cetA, un gen implicat în reglementarea motilității, poate indicând importanța sa în localizarea regiunilor favorabile din intestinul gazdei. Genele implicate în homeostazia metalelor au fost, de asemenea, asociate cu izolații din găini, în timp ce gena de rezistență la tetraciclină tetO a fost semnificativ mai comună în acestea. Aceasta din urmă ar putea crește involuntar persistența bacteriană la oameni, deși acest lucru nu a fost testat direct în studiu.
În ansamblu, concluziile GWAS sugerează că diferențele în mediile gazdelor ar putea conduce la presiuni de selecție clar distincte. Acestea ar putea determina modificări adaptive ale genelor în liniile de Campylobacter. Totuși, studii experimentale sunt necesare pentru a confirma rolurile genelor identificate.
Potrivit autorilor, domesticirea găinilor a fost asociată cu o creștere de aproximativ 15 ori a tranzițiilor inferate între gazdele de găini și cele sălbatice în raport cu nivelurile din perioada pre-domesticirii. Totuși, după 1900, odată cu trecerea la agricultura avicolă intensivă, reconstrucția filogenetică sugerează că ratele de tranziție ale gazdelor au crescut de peste o sută de ori în comparație cu nivelurile din perioada pre-domesticirii. Acest lucru indică o răspândire mult mai mare între aceste populații, deși estimările istorice rămân incerte.
Expansiunea producției avicole industriale a creat o nouă
