Механизмы внутри клеток способствуют распространению смертельной бактериальной инфекции
Исследователи Northwestern Medicine обнаружили новые белковые механизмы, способствующие быстрому распространению Vibrio vulnificus — редкой, но смертельно опасной бактерии, вызывающей вибриоз и сепсис. Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Бактерии Vibrio vulnificus обитают в теплых прибрежных водах. Тяжелая инфекция возникает при их попадании в организм. Большинство людей заражаются вибриозом, употребляя сырые или недоваренные моллюски (особенно устрицы) или плавая с открытой раной.
Ежегодно в США регистрируется около 150–200 случаев вибриоза. Однако 20% заболевших умирают (данные CDC). Число случаев растет из-за изменения климата, а люди с иммуносупрессией (особенно с заболеваниями печени) подвержены более высокому риску.
"Это основная причина, по которой не рекомендуется есть устрицы в месяцы без буквы 'r' в названии: потепление океанских вод позволяет Vibrio vulnificus размножаться и вызывать это смертельное заболевание", — говорит Карла Сатчелл, старший автор исследования.
Более десяти лет лаборатория Сатчелл изучает вибриоз и механизмы, позволяющие Vibrio vulnificus повреждать стенку кишечника и выделять токсины, вызывающие тяжелую желудочно-кишечную инфекцию.
Ранее группа Сатчелл установила, что инфекция опосредована выработкой крупного токсина MARTX (Multifunctional-Autoprocessing Repeats-In-Toxin). Внутри MARTX находятся более мелкие токсины, самый распространенный из которых — MCF (Makes Caterpillars Floppy-like).
Также было обнаружено, что токсин MCF взаимодействует с подтипом белков ARF (аденозиндифосфат рибозилирующие факторы), которые помогают регулировать клеточные функции и присутствуют во всех эукариотических клетках.
"Мы предполагаем, что именно эти консервативные белки, которые бактерия использует для своей активации, могут позволять Vibrio vulnificus вызывать различные инфекции", — отмечает Альфа Эррера, ведущий автор исследования.
В текущем исследовании ученые использовали метод машинного обучения Alphafold2, чтобы предсказать структуру взаимодействия этих человеческих белков с токсином MCF. С помощью этой техники они выяснили, что MCF связывается и разрушает половину всех GTPаз семейства Rab — белков, поддерживающих все аспекты клеточной функции и выживания.
"Это было действительно захватывающе, потому что позволило определить, как токсин нацеливается на эти белки и как именно вызывает их деградацию, ведущую к гибели клетки", — сказала Эррера.
По словам Эрреры, этот механизм, используемый MCF для усиления инфекции, наблюдается и у других бактерий. Это говорит о том, что он может стать перспективной терапевтической мишенью для лечения других заболеваний с нарушением регуляции Rab GTPаз, включая рак.
"Мы думаем не только об инфекциях. Если мы сможем манипулировать нашим токсином для нацеливания на конкретные белки, то, возможно, сможем использовать это для воздействия на болезни человека", — добавила Эррера.
Исследование также подчеркивает прямое влияние изменения климата на распространение болезней, особенно в США, и то, как изучение заболевания и мониторинг его распространенности могут информировать профилактические меры общественного здравоохранения.
"Vibrio vulnificus — одна из ключевых моделей для отслеживания влияния климата на инфекции в США, потому что это редкое заболевание, частота которого растет из-за потепления морской воды", — заключила Сатчелл.