Гонка вооружений с супербактерией: исследование показывает, как вызывающая пневмонию бактерия вторгается в организм

Ученые из Медицинской школы Мичиганского университета выяснили, как борьба за железо повышает риск, который представляет Klebsiella pneumoniae — одна из самых опасных бактерий.

K. pneumoniae уже преодолела наши лучшие защитные механизмы, включая самые мощные антибиотики. Это третья по распространенности причина внутрибольничных инфекций, вызывающая пневмонию, инфекции мочевыводящих путей, ран и кровотока. В своей наиболее устойчивой форме она относится к карбапенем-резистентным энтеробактериям (CRE), или «бактериям-кошмарам».

Захват железа — и не только

Исследование, опубликованное в журнале mBio, показывает, что происходит после того, как бактерии выделяют маленькие молекулы-сидерофоры для захвата железа.

Ранее считалось, что сидерофоры нужны бактериям только для получения железа, необходимого для роста и размножения. Сидерофоры K. pneumoniae в сотни раз эффективнее захватывают железо, чем белки нашего организма, и наш иммунитет не может их нейтрализовать.

Однако эксперименты на мышах с пневмонией показали, что сидерофоры делают больше, чем просто захватывают железо. K. pneumoniae использует эти молекулы, чтобы помочь вторгнуться в организм за пределы первоначальной точки проникновения и вызвать воспаление, опосредованное нашей иммунной системой.

«Это бактерия, которая эволюционировала новыми способами получения железа, и оказывается, что используемый ею механизм также вызывает клеточный стресс во время инфекций, — говорит ведущий автор Майкл Бахман. — Эта реакция запускает иммунный ответ, который заставляет наш организм бороться с инфекцией, но также активирует механизм, позволяющий бактериям ускользнуть и распространиться по всему телу».

Ключевой белок

Этот механизм связан с белком Hif-1alpha, который обычно помогает нашему организму реагировать на низкий уровень кислорода или железа. Когда сидерофоры K. pneumoniae активируют его, инфекция усугубляется.

Исследователи создали мутировавшие бактерии, которые производили сидерофоры, но не могли использовать захваченное железо для роста. Это позволило изучить роль самих сидерофоров.

Выяснилось, что сидерофоры напрямую запускают иммунную систему мыши, вызывая выброс цитокинов и воспаление. Активация Hif-1alpha была частью этого ответа, поскольку клетки мыши ощущали нехватку железа.

Когда ученые «отключили» Hif-1alpha в клетках, выстилающих легкие мышей, большинство бактерий не смогли уйти из легких в селезенку. У мышей с нормальным Hif-1alpha больше бактерий распространялось по организму, ухудшая инфекцию.

Перспективы

Открытие может помочь в поиске лекарств против K. pneumoniae и других супербактерий.

«Эта работа дает нам мотивацию нацелиться на производство сидерофоров, а не только на их захват, — говорит Бахман. — Теперь, когда мы знаем, что бактерии вызывают клеточный стресс просто путем их секреции, мы сможем предотвратить эти эффекты, если нейтрализуем их».

Перспективные направления:

• Разработка стратегий по предотвращению выработки сидерофоров.
• Использование сидерофоров для доставки антибиотиков обратно в бактериальные клетки.
• Создание вакцины на основе сидерофоров, чтобы научить иммунную систему атаковать их.