Учёные выяснили, как бактерии легионеллы размножаются и вызывают болезнь

Учёный из Университета Луисвилла впервые определил, как бактерия, вызывающая болезнь легионеров, манипулирует нашими клетками, чтобы получить аминокислоты, необходимые ей для роста и провоцирования инфекции и воспаления в лёгких. Результаты опубликованы онлайн 17 ноября в журнале Science.

Юсеф Абу Кваик, доктор философии, и его команда полагают, что их работа может помочь в разработке новых антибиотиков и вакцин.

Согласно данным Центров по контролю и профилактике заболеваний (CDC), болезнь легионеров — это инфекция лёгких, вызываемая бактерией Legionella. Ежегодно в США госпитализируют от 8000 до 18 000 человек с этой болезнью. Вакцины от неё в настоящее время нет.

В течение двух лет исследователи изучали Legionella — внутриклеточную бактерию, которая существует в амёбах в водных системах и передаётся человеку при вдыхании капель воды. Основными источниками передачи являются градирни и джакузи.

Бактерия использует клеточный процесс амёбы для «метки» белков, заставляя их расщепляться до основных элементов — аминокислот. Эти аминокислоты используются бактериями в качестве основного источника энергии для роста и вызывания болезни. «Бактерии живут на «диете Аткинса» с низким содержанием углеводов и высоким содержанием белка, и они обманывают клетку-хозяина, чтобы обеспечить себе эту специализированную диету», — пояснил Абу Кваик.

Тот же процесс происходит в организме хозяина — животного или человека, — который вдыхает бактерию и заболевает. Однако бактерии не метят белки сами, а обманывают хозяина, заставляя его метить белки для деградации с целью генерации аминокислот.

В лаборатории команда увидела, что инактивация бактериального фактора вирулентности, ответственного за этот обман, в моделях мышей полностью предотвращала лёгочное заболевание. Это было связано с неспособностью бактерий генерировать аминокислоты.

Затем процесс был обращён вспять: болезнь проявилась, когда мышам, заражённым инактивированными бактериями, вводили аминокислоты, чтобы компенсировать их нехватку.

«Бактериям необходимо получать высокобелковое питание и аминокислоты в качестве источников питания и энергии, чтобы размножаться в хозяине. Именно это вызывает лёгочное заболевание. Никто не знал, как они генерируют достаточное количество питательных веществ из хозяина для размножения. Наша работа — первая, которая идентифицирует этот процесс для любых болезнетворных бактерий», — заявил Абу Кваик.

Он добавил, что тип инфицированного хозяина, по-видимому, не влияет на процесс. «Вмешиваясь в источники питательных веществ бактерии, мы можем помешать ей процветать и вызывать болезнь».

Исследование источников питательных веществ для организмов с целью лишить их питания — это относительно новое направление фундаментальных исследований. «Мы нацелились на основы — источник пищи и энергии, которые являются необходимым условием для роста бактерий и развития болезни. Это процесс, который ещё не до конца понят, но, сначала обнаружив, как организм получает питательные вещества, обманывая хозяина, а затем вмешиваясь в этот процесс, мы можем, по сути, уморить его голодом и предотвратить или вылечить болезнь».