Стрептококк распространяется, используя иммунную защиту заражённых

Бактерия Streptococcus pneumoniae (пневмококк), вызывающая большинство случаев пневмонии в мире, выделяет токсин, который помогает ей переходить от одного хозяина к другому — с помощью иммунной защиты самого хозяина. К такому выводу пришло исследование, проведённое учёными из NYU Langone Medical Center и опубликованное 11 января в Cell Host & Microbe.

Исследование объясняет «стратегии» выживания бактерии, которая ежегодно вызывает миллионы инфекций. Чаще всего поражая носовую полость, пазухи и лёгкие, эти инфекции могут быть смертельными для пациентов со слабым иммунитетом, особенно для маленьких детей и пожилых людей.

В ходе исследования на мышах учёные установили, что S. pneumoniae эволюционировала, чтобы выделять токсин пневмолизин, который вызывает сильную воспалительную иммунную реакцию в дыхательных путях. Это, в свою очередь, увеличивает выделения из носа, что позволяет клеткам слизистых оболочек выводить бактерии из организма.

Исследователи полагают, что бактерии эволюционировали, чтобы использовать это изгнание в свою пользу, «оседлав» выделения для выхода из организма и перехода к следующему хозяину. Учёные обнаружили, что S. pneumoniae не могла передаваться от одного детёныша мыши к другому, когда бактерии были генетически модифицированы так, чтобы не производить токсин.

«Факторы, позволяющие болезнетворным бактериям передаваться от хозяина к хозяину, не были тщательно исследованы в области как средство профилактики. Наши результаты доказывают наличие инструмента, используемого этими бактериями для распространения, что, как мы надеемся, поможет в разработке новых видов контрмер», — говорит Джеффри Вайзер, руководитель исследования.

Борьба в дыхательных путях

Бактерии, пытающиеся выжить на поверхностях дыхательных путей человека, сталкиваются с двумя проблемами, которых нет у организмов, поражающих кишечник. Во-первых, здоровые хозяева не регулярно извергают содержимое дыхательных путей, как это происходит с кишечником, что позволяет микробам перемещаться к следующему хозяину. Во-вторых, дыхательные пути не обеспечивают бактерии таким же регулярным запасом пищи, как кишечник.

Выделяя токсин пневмолизин, S. pneumoniae «проявляет творческий подход» как в поиске питательных веществ, так и в выходе из текущего хозяина. Токсин вызывает сильную реакцию организма, потому что он разрушителен: он проделывает отверстия (поры) в клетках, чтобы добраться до питательных веществ внутри них. Таким образом, токсин обеспечивает бактерии пищей, пока они находятся вне тела, а затем, вызывая выделения, гарантирует, что они покинут организм, который атакует их воспалительными иммунными реакциями. Это помогает им быстро найти нового и более гостеприимного хозяина.

Текущие результаты дополняют более ранние работы, объясняющие, почему S. pneumoniae распространяется эффективнее, когда у человека также есть грипп. Увеличенные выделения, сопровождающие вирусную инфекцию гриппа, как показало моделирование на мышах, помогают пневмококку преодолеть ограничения популяции, связанные с пребыванием в одном хозяине.

Авторы текущего исследования модифицировали недавно разработанную другой лабораторией модель передачи бактерий у мышей, чтобы впервые изучить передачу пневмококка при отсутствии гриппа.

Они показали, что воспаление, вызванное только колонизацией пневмококка, особенно в ответ на пневмолизин, способно вызвать выделение бактерий, необходимое для передачи между хозяевами.

Результаты исследования также дали ответ на давний вопрос в этой области: почему бактерии, зависящие от отношений с хозяином, выделяют такой разрушительный токсин? Почему бы не жить долгое время в относительном «мире», позволяя хозяину кормить вас? Ответ, по мнению исследователей, заключается в том, что польза для организма от более высокой скорости передачи компенсирует повреждающее действие токсина на хозяина.

«Результаты нашего исследования свидетельствуют о том, что токсины, вырабатываемые бактериями, являются центральными медиаторами передачи между хозяевами, что делает их привлекательными в качестве потенциального ингредиента вакцин, куда их можно было бы добавить специально для блокировки передачи. Существуют прецеденты использования обезвреженных бактериальных токсинов, или анатоксинов, в качестве ингредиентов вакцин, как в случае существующих вакцин против дифтерии, столбняка и коклюша», — говорит Вайзер.