Уникальное чувство «осязания» позволяет бактерии-универсалу заражать что угодно
Новое исследование показало, что одна из самых распространённых в мире бактерий поражает людей, животных и даже растения с помощью механизма, ранее не наблюдавшегося у инфекционных микроорганизмов — чувства осязания. Эта уникальная способность помогает бактерии Pseudomonas aeruginosa быть вездесущей, но также может сделать эти устойчивые к антибиотикам организмы уязвимыми для новой формы лечения.
Pseudomonas — первый патоген, который, как выяснили исследователи из Принстонского университета и Дартмутского колледжа, начинает инфекцию просто после прикрепления к поверхности хозяина. Это означает, что в отличие от большинства патогенов, эти бактерии не полагаются на химические сигналы, специфичные для какого-то одного хозяина, и им достаточно контакта с любым организмом, готовым к заражению.
Однако исследователи обнаружили, что бактерии не могли заразить другой организм, когда белок на их поверхности, известный как PilY1, был деактивирован. Это указывает на возможный метод лечения, который нацелен не на уничтожение патогена, а на механизмы его заражения.
Большинство бактерий, вирусов и других болезнетворных агентов зависят от «вкуса» — они реагируют на химические сигналы, уникальные для хозяев, с которыми они обычно сосуществуют. Pseudomonas же благодаря чувству осязания способны процветать на людях, растениях, животных, искусственных поверхностях, в воде и почве. Они могут вызывать потенциально смертельные инфекции органов у людей и являются виновником многих внутрибольничных заболеваний, таких как сепсис. Антибиотики на них почти не действуют.
Для запуска инфекции Pseudomonas должны быть выполнены только два условия:
- Прикрепление к поверхности.
- «Чувство кворума» — распространённый бактериальный механизм, позволяющий организмам обнаруживать высокую концентрацию себе подобных.
Исследователи сфокусировались на сигнале прикрепления к поверхности, поскольку он действительно отличает Pseudomonas.
Чтобы продемонстрировать широкий спектр летальности бактерий, исследователи заразили клетки плюща, а затем ввели в образец амёб. Pseudomonas немедленно обнаружили и быстро подавили одноклеточных животных. «Бактерии не знают, на каком хозяине они находятся. Они знают только, что они на чём-то, поэтому переходят в наступление. Они не проводят различий между одним хозяином и другим».
Однако когда белок PilY1 был удалён с поверхности бактерий, они потеряли способность заражать и убивать хозяина-амёбу. «Мы полагаем, что этот белок является сенсором поверхностей. Когда мы удалили белок, бактерии всё ещё находились на поверхности, но не знали об этом, поэтому никогда не запускали вирулентность».
Поскольку PilY1 находится на поверхности бактерии Pseudomonas и необходим для вирулентности, он представляет собой комплексную и легко доступную мишень для разработки лекарств. Многие препараты разрабатываются для воздействия на компоненты в более защищённой внутренней части патогена.
Это исследование — важная демонстрация нового подхода к лечению патогенов: путём их обезвреживания, а не уничтожения. «Работа показывает, что сенсор PilY1 является своего рода краеугольным камнем для всего вирулентного ответа, открывая дверь для разработки терапии, специфически нарушающей механические сигналы для активации вирулентности».
Нацеливание на такие белки, как PilY1, предлагает путь для борьбы с растущей проблемой антибиотикорезистентности. Отключение белка у Pseudomonas не мешало способности бактерий размножаться, только заражать.
Устойчивость к антибиотикам возникает, когда лекарство убивает все целевые организмы, но оставляет в живых бактерии, выработавшие устойчивость. Эти мутанты, ранее бывшие в меньшинстве, размножаются с огромной скоростью (удваивая численность примерно каждые 30 минут) и становятся доминирующим штаммом. Если бы у бактерий была отключена способность к заражению, но они не погибали, мутантные организмы вряд ли взяли бы верх.
PilY1 также обнаружен у других бактерий с широким кругом хозяев, включая Neisseria gonorrhoeae (возбудитель гонореи) и бактерии рода Burkholderia (которые, как и Pseudomonas, являются ведущей причиной лёгочных инфекций у людей с муковисцидозом). Возможно, PilY1 играет аналогичную роль в обнаружении поверхностей и инициации инфекции у этих бактерий, и, следовательно, также может быть мишенью для лечения.
Это исследование может помочь объяснить, как оппортунистические патогены способны заражать несколько типов хозяев. «Широкоспектральный патоген, такой как Pseudomonas, не может полагаться исключительно на химические сигналы, чтобы обнаружить подходящего хозяина. Есть смысл в том, что Pseudomonas использует прикрепление к поверхности в качестве одного из основных сигналов для активации вирулентности, особенно если сигналом является прикрепление к поверхностям вообще, а не к конкретной поверхности».