Разрушение бактериальной брони: новый способ борьбы с сибирской язвой

Новое исследование под руководством доктора Антонеллы Фиораванти в лаборатории профессора Хана Ремо (VIB-VUB Центр структурной биологии) показало, что удаление "брони" у бактерии, вызывающей сибирскую язву, замедляет её рост и негативно влияет на способность вызывать заболевание. Эта работа, которая будет опубликована в престижном журнале Nature Microbiology, может проложить путь к новым эффективным способам борьбы с сибирской язвой и другими заболеваниями.

Смертельная болезнь

Сибирская язва — это смертельное и высокоустойчивое заболевание, вызываемое спорообразующей бактерией Bacillus anthracis. Исторически она была основной причиной смерти людей и крупного рогатого скота. Сегодня её распространённость значительно ниже благодаря улучшению гигиены и иммунизации скота. Тем не менее, сибирская язва остаётся естественным заболеванием, поражающим диких животных и домашний скот по всему миру. Для людей она представляет опасность в основном как кожная инфекция у лиц, контактирующих с заражёнными продуктами животного происхождения, или, реже, как смертельная системная инфекция при проглатывании или вдыхании.

Устойчивость спор и летальность инфекции при вдыхании, к сожалению, стимулировали разработку сибирской язвы в качестве биологического оружия в середине XX века. Хотя разработка и накопление запасов сибирской язвы как биологического оружия запрещены международным сообществом, эти правила иногда нарушаются. Поскольку варианты лечения ограничены и в большинстве случаев неэффективны, сибирская язва остаётся потенциальной угрозой биологического терроризма.

Броня, уклоняющаяся от оружия иммунитета

В рамках своей стратегии уклонения от оружия иммунной системы бактерия сибирской язвы покрывает себя сложной динамической "бронёй". Малоизученным компонентом этой брони является S-слой Sap — однослойный белковый слой, образующий оболочку вокруг бактерии. В этом исследовании учёные успешно применили нанотела (малые фрагменты антител) для контроля сборки бактериальной брони и изучения её структуры. Нанотела оказались эффективны не только в предотвращении формирования брони, но и в разрушении уже существующих S-слоев. При воздействии на живые бактерии разрушение брони замедляло рост бактерий и приводило к резким изменениям поверхности бактериальной клетки.

Антонелла Фиораванти (VIB-VUB), руководившая исследованием, говорит: "Я была на седьмом небе от счастья. Я создала эти нанотела как инструмент для изучения S-слоя Sap, но то, что они также будут ингибировать рост бактерий, стало неожиданным бонусом".

Эффект был настолько поразительным, что нанотела были протестированы в качестве лечения на мышах, заражённых B. anthracis. "Результаты были потрясающими. Все обработанные мыши выздоровели от смертельной сибирской язвы в течение нескольких дней", — говорит Филип Ван Хаувермейрен, проводивший исследования по заражению.

"Мы изучали способы остановить летальность сибирской язвы, но никогда не видели такого поразительного эффекта, как с этими нанотелами", — добавляет его руководитель Мохамед Ламканфи, ранее работавший в VIB-UGhent Центре исследований воспалений, а ныне в Janssen Pharmaceutica и Гентском университете.

Новые мишени в старой битве

Эти открытия представляют собой шаг вперёд в поиске, начавшемся в XIX веке. Когда Роберт Кох в 1876 году доказал, что бактерии являются возбудителями инфекционных заболеваний, он изучал B. anthracis. В 1881 году Луи Пастер знаменито продемонстрировал публике, что воздействие инактивированной B. anthracis защищает скот от сибирской язвы. Тем не менее, безопасная вакцина против сибирской язвы широко не доступна, а лечение острых инфекций у непривитых лиц проблематично. Оно требует длительного курса антибиотиков с низкой эффективностью. Терапевтические средства на основе нанотел, открытых в этом исследовании, однажды могут заполнить этот пробел в лечении. Более того, нацеливание на S-слой с помощью нанотел может быть успешным в борьбе с другими бактериями, имеющими S-слой. Например, лаборатория в настоящее время исследует нанотела, нацеленные на S-слой у Clostridium difficile, который вызывает опасный для жизни колит.

Наконец, успех экспериментов в этом исследовании побудил учёных искать другие уязвимые мишени на поверхности бактериальных клеток. Профессор Хан Ремо говорит: "Белки на поверхности бактерий представляют интерес в качестве антибактериальных мишеней, потому что они непосредственно доступны. Нацеливание на эти белки означает, что нам меньше нужно беспокоиться о различных способах, которыми бактерии предотвращают попадание лекарств в клетку".