Исследования показывают, как клетки различают болезнетворных и безвредных захватчиков

Биологи из Калифорнийского университета в Сан-Диего, изучая круглых червей C. elegans, обнаружили важные механизмы, позволяющие животным отличать патогенные микробы от безвредных и быстро реагировать на инфекции.

Исследование, опубликованное в журнале Cell Host & Microbe, показало, что клетки кишечника червей, сходные по структуре с человеческими, интернализуют бактериальные токсины, которые инактивируют несколько процессов в клетке-хозяине. Это, в свою очередь, запускает иммунный ответ, направленный против болезнетворных микробов.

• Механизм обнаружения: Клетки животных обнаруживают атаку ядов или патогенных бактерий, мониторя функции собственных клеток. Если обнаруживается дефицит в функционировании, запускаются различные антибактериальные или антитоксиновые реакции.

• Модельный организм: Прозрачные и удобные для изучения круглые черви C. elegans, лишённые адаптивной иммунной системы и полагающиеся только на древнюю врождённую иммунную систему, оказались идеальной моделью.

• Конкретный путь: В экспериментах команды под руководством Эмили Трёмель было обнаружено, что червь использует генетическую систему — «ZIP-2 surveillance pathway» — для обнаружения инфекции, вызванной бактерией Pseudomonas aeruginosa. Специфический токсин этой бактерии, «Exotoxin A», блокирует синтез белка в кишечнике червя.

  • Удивительно, что эта блокада приводит к увеличению уровня белка транскрипционного фактора ZIP-2 и, в конечном итоге, к экспрессии защитных генов.

• Широкое значение: Помимо Exotoxin A, существуют и другие бактериальные токсины, блокирующие синтез белка, такие как токсин дифтерии, рицин и шига-токсин. Последний, например, стал причиной крупной вспышки пищевого отравления в Германии (более 3000 случаев, 39 смертей).

  • Гипотеза: Возможно, кишечник человека также мониторит нарушение синтеза белка в клетках-хозяевах, чтобы обнаружить пищевое отравление и вызвать ответ, аналогичный обнаруженному у C. elegans.

Вывод учёных: Эволюционно животные выработали системы, реагирующие на нарушение ключевых клеточных функций, а не на конкретные токсины напрямую. Это оптимальная стратегия для раннего обнаружения и ответа на разнообразные по структуре, но схожие по механизму действия токсины или патогены.