Учёные обнаружили малую РНК, регулирующую бактериальную инфекцию

Люди с ослабленным иммунитетом постоянно рискуют получить инфекцию. Pseudomonas aeruginosa, обычная бактерия окружающей среды, может колонизировать различные части тела, например, лёгкие, приводя к стойким, хроническим инфекциям, которые могут длиться всю жизнь — это часто происходит у людей с муковисцидозом.

Однако иногда бактерии могут менять своё поведение и попадать в кровоток, превращая хронические локализованные инфекции в острые и потенциально смертельные. Несмотря на десятилетия изучения этого перехода в лабораторных условиях, как и почему он происходит у людей, оставалось неизвестным.

Исследователи из Технологического института Джорджии определили основной механизм перехода между хронической и острой инфекцией P. aeruginosa. Профессор Марвин Уайтли и постдок Пэнбо Цао обнаружили ген, который управляет этим переключением. Измеряя экспрессию бактериальных генов в образцах человеческих тканей, они выявили биомаркер для этого перехода.

Их результаты, опубликованные в Nature, могут помочь в разработке будущих методов лечения опасных для жизни острых инфекций.

Бактерии, как и животные, универсальны и ведут себя по-разному в зависимости от среды. Изменения в организме могут заставить бактерии изменить поведение, что приведёт к острой инфекции и сепсису, требующему немедленного лечения.

«Наше исследование использовало новый подход, чтобы напрямую изучить поведение бактерии в организме человека», — сказал Уайтли.

Исследователи изучили образцы тканей человека с хроническими бактериальными инфекциями лёгких и ран. Используя технологии генетического секвенирования, они измерили уровни всех типов мРНК в бактериях. Поскольку мРНК кодируют белки, можно понять поведение бактерии.

Хотя у P. aeruginosa около 6000 генов, учёные обнаружили, что один конкретный ген — PA1414 — был выражен в образцах человеческих тканей сильнее, чем все остальные тысячи генов вместе взятых. Уровни были настолько высоки, что сначала это сочли артефактом.

«Этот конкретный ген почти не экспрессируется в стандартной лабораторной среде, поэтому такие уровни были поразительны», — сказал Цао. — «На тот момент функция гена была неизвестна».

Исследователи также выяснили, что высокую экспрессию гена вызывает низкий уровень кислорода — обычная характеристика бактериальных инфекций. Дальнейшие тесты показали, что ген также регулирует бактериальное дыхание в условиях низкого содержания кислорода.

Интересно, что учёные обнаружили, что ген кодирует не белок, а малую РНК, играющую жизненно важную роль в бактериальном дыхании. Они назвали её SicX (sRNA inducer of chronic infection X).

Тестирование функций гена на животных моделях инфекции показало, что без SicX бактерии легко распространялись из хронических инфекций по всему телу, вызывая системное заражение. Это позволило определить, что ген важен для поддержания хронической локализованной инфекции. Более того, экспрессия SicX немедленно снижалась при переходе от хронической к острой инфекции, что позволяет предположить, что SicX может служить биомаркером этого переключения.

«Другими словами, без малой РНК бактерии становятся беспокойными и ищут кислород, потому что им нужно дышать, как и нам», — объяснил Уайтли. — «Эта потребность заставляет бактерии попадать в кровоток. Теперь мы знаем, что уровень кислорода регулирует этот переход».

Лучшее понимание того, когда инфекция может попасть в кровоток, станет сменой парадигмы в лечении.

«Если можно предсказать, когда произойдёт острая инфекция, пациент мог бы пройти диагностический тест дома, чтобы определить, нужно ли и когда ему лечение — до того, как инфекция станет опасной для жизни», — сказал Уайтли.

Исследование даёт ответы на давние вопросы о том, как и почему хронические инфекции становятся острыми. Результаты также открывают возможности для разработки методов лечения, нацеленных на это конкретное молекулярное поведение, связанное с инфекциями P. aeruginosa.

«Хроническая инфекция Pseudomonas обычно высокоустойчива к антибиотикам первой линии», — сказал Цао. — «Нацеливаясь на эту малую РНК, мы потенциально можем изменить образ жизни бактерии, сделав её более восприимчивой к лечению антибиотиками и добившись большего очищения от этих опасных инфекций».