Капсульное сбрасывание: новый бактериальный путь, способствующий инвазивной болезни
Учёные из Детской исследовательской больницы Сент-Джуд обнаружили фермент, который действует на ранних стадиях пневмококковых инфекций, способствуя выживанию бактерий и инвазивному заболеванию путём удаления их капсулы. Исследование опубликовано в научном журнале Nature Communications.
Результаты имеют серьёзные последствия для современных стратегий лечения и вакцинации против бактерии пневмококка (Streptococcus pneumoniae) — одной из основных причин детской смертности в мире, вызывающей пневмонию, бактериемию, менингит и средний отит.
Полученные данные также указывают, что бактерии запрограммированы быстро добавлять или удалять капсулы по мере необходимости, чтобы избежать обнаружения и уничтожения разными ветвями иммунной системы.
Исследователи показали, что «фермент-самоубийца» LytA способствует выживанию бактерий на ранней стадии инфекции, помогая пневмококку быстро сбросить капсулу. Удаление капсулы помогает бактериям уклоняться от антимикробных пептидов, вырабатываемых эпителиальной тканью лёгких как часть врождённого иммунного ответа. Это также создаёт почву для более инвазивных инфекций, облегчая пневмококкам вторжение в эпителиальные клетки и проникновение в кровь. В крови бактерии снова производят капсулы для защиты от адаптивного иммунного ответа.
«Большинство существующих антибактериальных вакцин нацелены именно на капсулу, чтобы вызвать защитный иммунный ответ, — говорит старший автор Элейн Туманен. — Обнаружение того, что одна из основных ролей LytA — стимулировать сброс капсулы, помогает объяснить, почему современные пневмококковые вакцины менее эффективны для профилактики пневмонии и ушных инфекций, то есть заболеваний эпителиальной ткани, где у пневмококка капсулы меньше».
Результаты также помогают разрешить загадку, почему бактерии сохраняют LytA — фермент, который при активации антибиотиками убивает пневмококки, удаляя фрагменты клеточной стенки до взрыва бактерий (капсула прикреплена к клеточной стенке).
В лабораторных условиях впервые показано, что пневмококки реагируют на антимикробные пептиды, секретируемые эпителиальными клетками, активацией LytA, что приводит к удалению капсулы, но не к гибели бактерий. Более того, пневмококки с нефункциональным LytA оставались инкапсулированными, были более уязвимы к антимикробным пептидам и с большей вероятностью погибали в течение нескольких часов после заражения.
«Это исследование раскрывает функцию LytA как "троянского коня": он способствует выживанию пневмококка на ранней стадии инфекции, отщепляя фрагменты клеточной стенки с капсулой, но вызывает уничтожение бактерий при активации антибиотиками, — говорит первый автор Колин Китцман. — В отличие от антибиотиков, активация LytA молекулами врождённого иммунного ответа не является смертельной и, скорее всего, активно контролируется или обратима».
Также продемонстрировано, что сброс капсулы и гибель бактерий, вызванная антибиотиками, — это отдельные процессы, осуществляемые ферментами LytA в разных регионах пневмококка.
В модели пневмококковой пневмонии у мышей и LytA, и антимикробные пептиды способствовали удалению капсулы. Используя разработанную методику флуоресцентной микроскопии, учёные показали, что потеря либо LytA, либо антимикробного пептида связана со значительным снижением сброса капсулы в первые три часа лёгочной инфекции. Сброс капсулы также связали с увеличением способности бактерий инвазировать клетки лёгочного эпителия человека до восьми раз, что закладывает основу для инвазивного заболевания.
Исследователи продолжают изучать путь LytA, участвующий в сбросе капсулы. Этот путь является новым для микробиологии и может дать ключи к разработке препаратов для предотвращения инвазивного заболевания, блокируя проникновение пневмококка в кровоток и развитие системных инфекций.