Цитоскелет действует как "вышибала" клеток для бактерий
Бактерии Pseudomonas aeruginosa (P.a.) устойчивы к большинству антибиотиков и вызывают опасные для жизни инфекции ран или лёгких. Этот вид бактерий обладает целым арсеналом стратегий для уклонения от иммунной системы и заражения тканей.
Исследователи под руководством профессора Винфрида Рёмера и доктора Карстена Швана из Университета Фрайбурга и кластера передовых исследований CIBSS выявили ранее неизвестный естественный защитный механизм, защищающий клетки от инфекции Pseudomonas. Исследование опубликовано в Cell Reports.
Pseudomonas aeruginosa целенаправленно проникают в клетки
Окружённые питательными веществами и незамеченные иммунной системой, внутренняя среда клетки — идеальное место для размножения патогенных бактерий. Тем не менее, долгое время считалось, что они в основном существуют вне клеток. «Между тем, ясно, что картина более сложная, и бактерии целенаправленно проникают в клетки», — поясняет Рёмер.
С помощью микроскопии живых клеток это можно наблюдать в лаборатории. Бактерии вступают в тесный контакт с клеткой и создают вмятины на её мембране, пока полностью не поглощаются ею.
Pseudomonas запускает вдавливание клеточной мембраны, связывая фактор вирулентности LecA с молекулами сахара на её поверхности. Белки, связывающиеся с сахарами, распространены в природе и наблюдаются у других бактерий и вирусов. Сильное связывание бактерий и клеток-хозяев приводит к тому, что клеточная мембрана закрывается вокруг бактерий, как застёжка-молния — процесс, который рабочая группа Рёмера изучает уже довольно давно.
«Теперь мы целенаправленно сосредоточились на роли септинов в инфекции Pseudomonas», — описывает цель текущего исследования Шван.
«Известно, что другие бактерии манипулируют септинами клетки-хозяина и могут использовать их для облегчения проникновения. Но в то же время септины также могут инкапсулировать уже проникшие бактерии и вызывать их ликвидацию, поэтому они имеют двойственную функцию при инфекциях», — продолжает Шван. Септины являются частью цитоскелета и служат ключевым структурным элементом, подобным модульным строительным лесам, которые можно гибко собирать и разбирать. Они также часто играют роль именно тогда, когда задействованы изогнутые мембраны.
Связывание LecA достаточно для индукции накопления септинов
В своём последнем исследовании учёные использовали клетки лёгких человека, которые они заражали Pseudomonas aeruginosa в лаборатории. Они обнаружили, что прикрепление бактерий приводит к скоплению септинов в месте контакта в течение нескольких секунд или минут. Если бактериям не удавалось проникнуть, скопление быстро растворялось. Исследователи также могли наблюдать этот эффект, когда вместо бактерий клеткам давали полимерные шарики, покрытые LecA. Это показало, что связывание через LecA было достаточно для индукции накопления септинов.
«Мы ожидали, что Pseudomonas хочет этого накопления септинов, и что оно помогает им во время заражения, как и в случае с другими типами бактерий», — добавляет Шван.
Вместо этого они обнаружили, что в два раза больше бактерий могли проникнуть, когда исследователи «выключали» часть септинов. «Сначала мы были удивлены результатами, но теперь думаем, что это не единичный случай. Возможно, септины также играют защитную роль при многих других патогенах», — заключает он.
Основа для разработки лекарств против устойчивых к антибиотикам бактерий
В дальнейших экспериментах исследователи смогли измерить прочность септинового барьера. Для этого они прикрепили минимальную бактериальную модель к кантилеверу атомно-силового микроскопа (AFM), который позволяет измерять мельчайшие вмятины и сопротивление на поверхностях как силу. Исследователи обнаружили, что клеточная мембрана была явно более жёсткой локально, когда полимерные шарики были покрыты LecA и накапливался септин.
«Это огромный эффект, если учесть, что в процессе инфекции задействовано много разных молекул. Чтобы вмешательство имело такой большой эффект, часто приходится ингибировать несколько факторов, потому что в противном случае происходят компенсации», — говорит Рёмер. «Это говорит о том, что септины действительно играют значительную роль в отражении инфекций здесь».
Исследователи теперь намерены продолжить изучение лектинов и септинов. Лучшее понимание этих белков может помочь в поиске точек атаки для лекарств, предназначенных для предотвращения инфекции, вызываемой устойчивыми к антибиотикам бактериями.