Как смертельный штамм сальмонеллы настраивает тактику заражения

Новое исследование раскрывает, как физические силы в организме влияют на поведение мультирезистентного штамма сальмонеллы. Работа может ускорить разработку методов борьбы с опасными инфекциями, такими как сепсис.

Исследование, опубликованное в журнале Gut Microbes, показывает, как патогены, такие как сальмонелла, меняют свои болезнетворные свойства под действием силы сдвига жидкости (fluid shear) — механической силы, возникающей при течении жидкости (например, в кровеносных сосудах или кишечнике). Эти условия, не воспроизводимые при традиционном лабораторном культивировании, влияют на способность бактерий прикрепляться к тканям и вторгаться в них.

Учёные использовали математическое моделирование и эксперименты с бактериальными культурами, чтобы изучить, как гены и патогенные свойства мультирезистентного Salmonella typhimurium ST313 штамма D23580 меняются в различных условиях физиологического сдвига жидкости. Эти условия имитируют переход бактерий из кишечного тракта в кровоток, что вызывает часто смертельные инфекции крови — сепсис.

"Серьёзный риск для здоровья от инфекций кровотока усугубляется быстро растущим уровнем антимикробной резистентности патогенов, создавая 'идеальный шторм', который значительно увеличил заболеваемость и смертность во всем мире", — говорит профессор Шерил Никерсон из Университета Аризоны.

Глобальная угроза: штамм D23580

  • Salmonella typhimurium ST313 штамм D23580 связан с высокоинвазивными инфекциями в Африке к югу от Сахары и других регионах.
  • В отличие от штаммов, вызывающих в основном гастроэнтерит, D23580 часто приводит к тяжелым системным инфекциям, включая заражение крови.
  • Этот штамм устойчив ко многим антибиотикам, что способствует высокой смертности.
  • Инфекции ST313 чаще вызывают инвазивные заболевания и сепсис, особенно у людей с ослабленным иммунитетом (ВИЧ, малярия) и детей.

Сепсис — опасная для жизни реакция на инфекцию. По данным ВОЗ, в 2020 году было около 49 миллионов случаев сепсиса и 11 миллионов смертей (около 20% всех смертей в мире).

Моделирование «тихого риска» в кровотоке

Для изучения силы сдвига жидкости исследователи использовали биореактор с вращающейся стенкой (rotating wall vessel bioreactor), модифицированный для имитации широкого спектра условий, с которыми бактерии сталкиваются в организме — от низкого сдвига в кишечнике до высокого в кровотоке при сепсисе.

"Во многих отношениях угроза септических инфекций представляет собой тихий риск, который за последние два десятилетия убил больше людей, чем COVID-19. Соответственно, мы специально разработали это исследование, чтобы получить новое представление о механизмах сепсиса", — отмечает Никерсон.

Это первое исследование, демонстрирующее, что постепенные изменения силы сдвига жидкости изменяют:

Работа даёт представление о том, как физические силы, действующие на бактерии во время инфекции, могут влиять на их способность выживать и вызывать заболевание.