Новый отправной пункт в борьбе с P. aeruginosa
Pseudomonas aeruginosa — важный оппортунистический патоген, вызывающий опасные для жизни инфекции с высокими показателями заболеваемости и смертности. Исследователи из TWINCORE, Центра экспериментальных и клинических исследований инфекций в Ганновере, и Центра исследования инфекций имени Гельмгольца (HZI) в Брауншвейге показали, что фермент контролирует вирулентность через модификацию тРНК. Они надеются, что их открытие проложит путь для разработки новых методов лечения.
Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Инфекции, вызываемые Pseudomonas aeruginosa, могут передаваться от человека к человеку, но также возникать в различных средах. Бактерия процветает во влажных условиях, включая водопроводную воду, посудомоечные машины, раковины, душевые или туалеты. Более того, её можно найти в почве и воде. «Проблема в том, что вы не можете по-настоящему избежать Pseudomonas aeruginosa», — говорит профессор Сюзанна Хойслер, руководитель Института молекулярной бактериологии в TWINCORE и одноимённого отдела в HZI.
«Кроме того, бактерии могут формировать биоплёнки, которые заключены в самопроизводимый матрикс, защищающий их от иммунных клеток и антибиотиков», — говорит Хойслер.
Таким образом, P. aeruginosa естественно нечувствителен к большому количеству антибиотиков и является одной из самых проблемных больничных инфекций. Исследования по разработке так называемых патоблокаторов, которые, в отличие от антибиотиков, не направлены на уничтожение патогена, а на предотвращение или ослабление его патогенного эффекта, ведутся на полную мощность.
Исследования показали, что фермент под названием GidA значительно участвует в коммуникации (чувстве кворума) между бактериальными клетками и формировании биоплёнок у P. aeruginosa. Может ли GidA также быть ключевым для патогенности P. aeruginosa и, следовательно, потенциальной мишенью для будущих патоблокаторов?
Хойслер и её команда исследовали этот вопрос в своей текущей работе. GidA — это фермент, модифицирующий ключевые молекулы тРНК. Молекулы тРНК участвуют в производстве белков благодаря своей способности декодировать генетический код — и GidA, так сказать, наносит на некоторые из них завершающие штрихи.
«Мы исследовали, что происходит, когда GidA больше не может вносить изменения в молекулы тРНК, и изучили последствия для бактериальной патогенности», — говорит учёный HZI доктор Николас Освальдо Гомес, один из первых авторов исследования.
Для своих исследований учёные использовали генетические методы, чтобы создать штамм P. aeruginosa, который больше не мог производить фермент GidA. В различных экспериментальных условиях с использованием моделей клеточных культур и животных исследователи сравнили патогенность генетически модифицированных бактерий с патогенностью дикого типа.
«Во всех экспериментах патогенность была значительно снижена по сравнению с диким типом. Если GidA отсутствует, некоторые молекулы тРНК больше не модифицируются, что, очевидно, означает, что белки, crucial для патогенности, больше не производятся», — говорит Гомес. «В дальнейших исследованиях, например, мы смогли определить, что структура биоплёнки изменилась и что хинолоновый антибиотик был значительно более эффективен, чем в диком типе».
Хойслер говорит: «Если молекулы тРНК не могут быть модифицированы GidA, Pseudomonas aeruginosa значительно теряет свою эффективность, и защитный барьер биоплёнки становится проницаемым. Это чрезвычайно многообещающие результаты в отношении новых потенциальных мишеней для разработки патоблокаторов».
Используя различные OMICS-методы и биоинформатические анализы, исследователи также смогли показать, какие именно типы молекул тРНК модифицируются GidA и в каких точках. И что эти модифицированные молекулы тРНК вступают в игру только во время синтеза определённых белков и либо в начале, либо в конце генов.
«Результаты нашего исследования ясно показывают, что патогенность Pseudomonas aeruginosa подвержена специализированному эпигенетическому процессу контроля, в котором GidA функционирует как своего рода главный переключатель», — говорит Хойслер. «И мы можем и должны использовать это — как отправную точку для разработки эффективных патоблокаторов против Pseudomonas aeruginosa и других высокопроблемных бактериальных патогенов».
В последующих исследованиях учёные хотят найти другие ферменты, участвующие в модификации молекул тРНК.