Холерная бактерия вызывает неожиданное "промывание" кишечника у рыбок данио
Исследователи, экспериментируя с живыми рыбками данио, зафиксировали увеличение силы кишечных сокращений на 200% вскоре после воздействия бактерии Vibrio cholerae, вызывающей холеру. Это привело к вымыванию аутохтонных (родных) кишечных бактерий.
Открытие, подробно описанное в статье, опубликованной онлайн перед печатью в Proceedings of the National Academy of Sciences, было "поразительным и неожиданным", по словам восьми соавторов.
Учёные использовали генетические манипуляции и передовую трёхмерную микроскопию, чтобы отследить, что происходит, когда болезнетворный микроб впервые попадает в личинок данио — организм, часто изучаемый как модель для понимания здоровья и болезней позвоночных, включая человека.
Междисциплинарная команда физиков, молекулярных биологов и микробиологов сосредоточилась на системе секреции VI типа — отростке, похожем на гарпун, который есть у многих бактерий, включая Vibrio cholerae. Она вводит токсичные белки в конкурирующие здоровые клетки.
Учёные создали мутантов Vibrio cholerae с изменениями в этой системе секреции и наблюдали за поведением микробов при вторжении в кишечник данио, колонизированный аутохтонным видом Aeromonas veronii.
Вместо того чтобы просто убивать аутохтонные бактерии Aeromonas при контакте, как ожидалось, Vibrio cholerae вызывала их быстрое вымывание из кишечника.
"Система секреции вызывала драматическое увеличение силы перистальтики — сокращений, которые продвигают содержимое кишечника по желудочно-кишечному тракту, подобно выдавливанию зубной пасты из тюбика", — сказал соавтор Брайан К. Хаммер, микробиолог из Технологического института Джорджии.
Исследователи предположили, что этот неожиданный эффект может быть связан с конкретным элементом машинерии VI типа, который, как известно, связывается с актином — белком клеточного каркаса. Удалив этот актин-связывающий домен из бактериального гена, учёные увидели, что Vibrio cholerae теряет способность усиливать перистальтику и вытеснять аутохтонные Aeromonas.
Результаты проливают новый свет на механизм действия водной Vibrio cholerae. По данным CDC, эта бактерия ежегодно вызывает более 3 миллионов случаев острой диарейной болезни и 100 000 смертей в мире.
"Знание стратегий, с помощью которых бактерия способна вторгаться в кишечник, может открыть двери для терапий, способных нарушить эти пути", — сказал корреспондирующий автор Рагхувир Партасарати, профессор физики из Университета Орегона.
Поскольку система секреции VI типа также встречается у аутохтонных кишечных бактерий, включая микробиом человека, её потенциально можно использовать для терапии, например, специально разработанных пробиотиков, для поддержки полезных видов или защиты от вторжения патогенов.
"Мы подозреваем, что другие кишечные микробы, как патогенные, так и полезные, могут аналогичным образом использовать эту систему секреции для изменения своей среды", — отметил Партасарати.
Большинство предыдущих исследований этой системы секреции проводилось на бактериях вне животных (например, в чашке Петри) или путём изучения образцов фекалий.
Хотя команда зафиксировала эффект вторжения Vibrio cholerae, вопрос о том, как именно она закрепляется в хозяине (например, какие конкретные клетки животного являются мишенью), остаётся открытым.
"Мы до сих пор не имеем ни малейшего представления, как действие этого гарпуна системы секреции вызывает изменения в мышечных сокращениях", — сказал Хаммер.
Как эти результаты могут отражать колонизацию Vibrio cholerae у людей, неизвестно, но роль системы секреции делает подобный исход правдоподобным.
Исследование стало результатом коллаборации, начавшейся в 2015 году на конференции Scialog: Molecules Come to Life. Работу поддержали Фонд Гордона и Бетти Мур, Фонд Саймонса, NSF, NIH, а также другие организации. Целью Scialog является быстрое создание междисциплинарных команд для работы над рискованными, но потенциально прорывными проектами.