Как бактерии общаются друг с другом и с нашими клетками

Бактерии могут общаться друг с другом с помощью молекул, которые сами производят. Это явление называется чувством кворума и важно при распространении инфекции. Исследователи из Университета Линчёпинга (Швеция) показали, как бактерии таким же образом контролируют процессы в человеческих клетках.

Результаты опубликованы в журнале PLOS Pathogens, ведущий автор — Елена Викстрём, исследователь в области медицинской микробиологии.

Когда сигнализируется об инфекции, всё больше бактерий собираются в месте атаки (например, в ране). Когда их становится достаточно, они начинают действовать как многоклеточный организм. Они могут формировать биоплёнки — плотные структуры, устойчивые к антибиотикам и иммунной системе организма. Одновременно они становятся более агрессивными и подвижными. Все эти изменения запускаются, когда молекулы коммуникации — короткие жирные кислоты с обозначением AHL — связываются с рецепторами внутри бактериальных клеток, что приводит к включению и выключению различных генов.

AHL могут свободно проникать через клеточную мембрану не только бактериальных, но и наших собственных клеток, влияя на изменение их функций. Например, в низких концентрациях белые кровяные клетки могут стать более гибкими и эффективными, но в высоких концентрациях происходит обратное, что ослабляет иммунную защиту и открывает путь для прогрессирующих инфекций и воспалений.

Команда из Университета Линчёпинга — первая в мире, кто показал, как AHL могут влиять на клетки хозяина. Используя биохимические методы, исследователи идентифицировали белок IQGAP как получателя бактериального сигнала и своего рода «двойного агента».

«Этот белок может как подслушивать коммуникацию бактерий, так и изменять функции клеток хозяина», — говорит Викстрём.

Лабораторные исследования проводились на человеческих эпителиальных клетках кишечника, которые смешивали с AHL того же типа, что производит Pseudomonas aeruginosa — устойчивая бактерия, вызывающая заболевания в лёгких, кишечнике и глазах. С помощью масс-спектрометрии удалось увидеть, какие белки связываются с AHL.

«У нас есть доказательства, что физический контакт между бактериями и эпителиальными клетками не всегда необходим; влияние может происходить на расстоянии», — отмечает Викстрём.

Это открытие может открыть путь к новым стратегиям лечения, когда антибиотики не помогают. Одна из возможностей — создание молекул, которые связываются с рецептором и блокируют сигнальный путь бактерий, подобно тому, как палка в замке мешает войти ключу. Такая стратегия может сработать, например, при муковисцидозе, когда в дыхательных путях образуется липкая слизь из бактериальной биоплёнки и большого количества белых кровяных клеток.