Бактериальные агрегаты менингококка образуют густую медообразную жидкость, которая течёт по кровеносным сосудам

Команда Inserm под руководством Гийома Дюмениля в Институте Пастера, в сотрудничестве с несколькими командами физиков, раскрыла ключевую стадию инфекции, вызываемой Neisseria meningitidis — патогеном человека, ответственным за менингит у младенцев и молодых людей. Бактериальные агрегаты в кровеносных сосудах, по-видимому, облегчают прогрессирование болезни. Даже при быстром лечении смертность от менингококковых инфекций остаётся очень высокой.

Менингококковый менингит человека характеризуется накоплением бактерий в кровеносных сосудах, которые полностью заполняются бактериями. Но механизмы, управляющие формированием этих агрегатов, и влияние этого процесса всё ещё неизвестны. Консорциум учёных, заинтригованный этим формированием внутрисосудистых агрегатов, решил понять эту стадию инфекции, особенно её физическую основу. «Бактериальные агрегаты, образованные Neisseria meningitidis, неожиданно ведут себя как густая жидкость, с консистенцией, похожей на мёд», — объясняет Гийом Дюмениль. «Бактерии быстро размножаются в кровеносных сосудах, образуя агрегаты, которые постепенно адаптируются к сложной геометрии сосудистой сети, как текущая жидкость». Исследование показывает, что формирование этих агрегатов и их вязкие свойства жизненно важны для прогрессирования инфекции. Бактериальный мутант, который образует твёрдые, а не жидкие агрегаты, находится в значительном невыгодном положении при колонизации кровеносных сосудов.

Вязкая жидкость с оригинальными свойствами

Густая жидкая природа агрегатов зависит от фактора вирулентности, известного как пили IV типа. Эти длинные нити, обладающие адгезивными и динамическими свойствами, постоянно удлиняются и втягиваются на поверхности бактерии. Бактерии используют пили IV типа, чтобы найти других бактерий, притянуть их и временно установить контакт. Агрегация, таким образом, основана на прерывистом процессе притяжения между бактериями — другими словами, постоянном чередовании между наличием и отсутствием притяжения. В физических терминах этот прерывистый процесс взаимодействия придаёт агрегатам оригинальные свойства, которые ранее не описывались. Например, бактерии внутри агрегатов демонстрируют более высокий уровень подвижности, чем наблюдаемый при диффузии изолированных бактерий. «Помимо улучшения нашего понимания смертельной инфекции человека, наше исследование раскрывает новый тип активной материи — бактериальный агрегат с вязкой, медообразной консистенцией — основанный на прерывистых силах притяжения между его составными частями», — заключает Гийом Дюмениль.

Это междисциплинарное исследование стало результатом тесного сотрудничества между лабораторией, специализирующейся на менингококковых инфекциях (Гийом Дюмениль, Институт Пастера и Inserm), и физиками. Работая с командами под руководством Нелли Анри (CNRS, UPMC), Рафаэля Вуатюрье (CNRS, UPMC) и Юга Шате (CEA, CNRS, Университет Париж-Сакле), исследователи смогли объединить количественный экспериментальный подход с физической моделью активной материи.