Новый метод генетического анализа раскрывает механизмы бактериальной пневмонии

Исследователи разработали новый метод для идентификации генов вирулентности у Streptococcus pneumoniae — основной причины бактериальной пневмонии. Применение этой техники на мышиной модели позволило получить новые данные о прогрессировании болезни и её взаимодействии с вирусом гриппа.

Метод CRISPR-интерференции

Метод основан на технологии CRISPR, модифицированной для селективного «выключения» целевых генов (CRISPR-интерференция). Учёные создали библиотеку штаммов S. pneumoniae, в которой каждый ген бактерии был мишенью для подавления в одном из штаммов.

Система активировалась антибиотиком доксициклином, что позволяло не подавлять гены до введения бактерий мышам. Каждый штамм имел генетический «штрих-код», что давало возможность отслеживать их после заражения с помощью одной стадии секвенирования.

«Бутылочное горлышко» инфекции

Исследователи оценили ключевую фазу инфекции, когда большая часть бактерий гибнет. Выживает и вызывает инвазивное заболевание лишь небольшое количество клеток.

• Даже при высокой исходной нагрузке в лёгких мышей наблюдалось резкое «бутылочное горлышко».
• По оценкам, всего около 25 бактериальных клеток могли его преодолеть.
• Эффект этого «горлышка» был настолько сильным и вариабельным, что затмевал эффекты подавления отдельных генов.

«Мы знаем, что клиническое течение болезни у людей сильно варьирует, поэтому очень интересно увидеть столько вариаций в этой высококонтролируемой системе», — отметила Жаклин Кимми, соавтор исследования.

Роль вируса гриппа

При предварительном заражении мышей гриппом типа A «бутылочное горлышко» исчезало: даже небольшая доза бактерий вызывала обширную инфекцию в лёгких. Это позволило оценить влияние «выключения» генов на вирулентность.

Ключевые находки

• Были подтверждены роли известных факторов вирулентности, таких как гены бактериальной капсулы.
• Неожиданно ген основного бактериального токсина — пневмолизина — не оказался необходимым для развития инфекции. Это указывает, что пневмолизин может быть более важен для передачи бактерии, чем для выживания в организме хозяина.

Дальнейшие исследования

S. pneumoniae часто колонизирует верхние дыхательные пути, не вызывая болезни. Вирусная инфекция может повышать риск развития бактериальной пневмонии. Для лучшего понимания вариабельности исходов Кимми планирует использовать систему CRISPR-интерференции для детального изучения прогрессирования инфекций.

«Разработанная нами система элегантно показала вариабельность исходов и, казалось бы, случайные вариации в течении инфекций даже в контролируемых условиях», — заключила исследовательница.