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.

Vanhoja potilasnäytteitä ja uutta teknologiaa yhdistämällä on selvinnyt, että Enterococcus faecalis on sopeutunut sairaalaoloihin jo 1800-luvun puolivälissä.

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 (Pöntinen AK ym. Nat Commun 9.3.2021).

Näytteitä antibiootteja edeltävältä ajalta

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 tiedotteen mukaan

Arseeni ja elohopea vaikuttivat kehitykseen

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.

Lintulajien näytteet yllättivät

Koska E. faecalista esiintyy monella eliölajilla, tutkijat keräsivät laajan kirjon näytteitä niin sairaalapotilailta, terveiltä ihmisiltä, tuotantoeläimiltä kuin villieläimiltäkin. Näin saatiin tarkka kuva siitä, miten eri isäntälajit vaikuttavat bakteerin evoluutioon. Etenkin kymmenien eri lintulajien näytteet yllättivät.

Villien lintujen ulosteista löytyi 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.