Как Streptococcus pyogenes выживает на коже и вызывает инфекции

Streptococcus pyogenes — одна из ключевых бактериальных причин кожных инфекций у человека. При глубоком проникновении в ткани она может вызывать опасные для жизни состояния, такие как сепсис и токсический шок. Кожа, с её ограниченным запасом углеводов, обычно является эффективным барьером против инфекции и неблагоприятной средой для выживания S. pyogenes. Для успешного выживания и инвазии бактерии должны находить источник питательных веществ и уклоняться от иммунной защиты кожи.

Международная группа учёных под руководством Университета Осаки (Япония) в сотрудничестве с Университетом Кейо (Япония) и Калифорнийским университетом в Сан-Диего (США) обнаружила, как этот патоген получает питание с поверхности кожи. Это знание может привести к новым терапевтическим подходам. Работа опубликована в Cell Reports.

Было известно, что некоторые бактерии расщепляют аминокислоту аргинин через биохимический путь аргининдеиминазы (ADI). Команда подтвердила, что S. pyogenes может выживать, используя аргинин, даже при дефиците глюкозы. Когда учёные удалили бактериальный ген arcA, кодирующий первый фермент пути ADI, S. pyogenes потерял эту способность, а также стал менее токсичным для выращенных в культуре клеток человеческой кожи.

При наличии аргинина путь ADI у S. pyogenes активируется, что сопровождается масштабными изменениями в экспрессии генов. Некоторые гены подавляются, но многие активируются, включая гены, связанные с вирулентностью, например, те, что производят бактериальные токсины.

Используя кожу мыши в качестве модели, команда впервые показала, что S. pyogenes может использовать аргинин для выживания на поверхности кожи. Бактерии с удалённым геном arcA плохо выживали и были менее вирулентны на коже мышей, что подтвердило важность этого пути в развитии инфекции. В крови (содержащей много глюкозы) изменённые бактерии не отличались от обычных, так как путь ADI не был нужен.

"Мы показали, что аргинин из филаггрина, производного рогового слоя, был ключевым субстратом для пути ADI у S. pyogenes", — говорит ведущий исследователь доктор Юдзиро Хиросэ. — "У мышей, не производящих филаггрин, доступно меньше аргинина, и бактерии S. pyogenes не используют путь ADI для образования кожных поражений."

"Это значительный шаг вперёд в понимании того, как S. pyogenes выживает на коже", — объясняет доктор Хиросэ. — "Мы ожидаем, что наше исследование приведёт к новым стратегиям лечения: если мы сможем заблокировать метаболизм аргинина у S. pyogenes, это ограничит выживаемость и вирулентность патогена."