Как бактерии болезни Лайма распространяются по организму

Исследователи разработали систему на основе визуализации живых клеток, которая раскрывает молекулярные и биомеханические детали того, как бактерии болезни Лайма прикрепляются и перемещаются по внутренней поверхности кровеносных сосудов, чтобы достичь ключевых точек в организме, где они могут дольше сохраняться и избегать лечения. Ирония в том, что те же стратегии, которые используют эти бактерии для распространения, применяются иммунными клетками для защиты от инфекций. Исследование опубликовано 25 августа в Cell Reports.

Система in vitro на основе визуализации живых клеток позволит эффективнее изучать механизмы взаимодействия и быстрее скринировать ингибиторы взаимодействия бактерий с эндотелием и их диссеминации.

Команда разработала систему проточной камеры и методы отслеживания в реальном времени, позволившие провести микроскопический анализ взаимодействия бактерий с эндотелиальными клетками человека, выстилающими кровеносные сосуды. Используя генетически модифицированные штаммы бактерии болезни Лайма (Borrelia burgdorferi), исследователи обнаружили, что белок адгезии на поверхности клетки BBK32 играет важную роль в стабилизации и укреплении взаимодействий бактерий с сосудами под потоком. Расчёты показали, что микробы используют тросообразные связи, похожие на стропы, для стабилизации этих связей.

Исследователи также обнаружили, что бактерии перемещаются по эндотелиальной поверхности под потоком, передавая механическую нагрузку по серии последовательно образующихся и разрывающихся связей. Подобно детям, перебирающимся по перекладинам, бактерии передавали силу от одной связи к другой, не отрываясь полностью, замедляясь при образовании новой связи и ускоряясь при её разрыве и переходе к следующей. Этот повторяющийся цикл позволял бактериям стабильно перемещаться с постоянной скоростью, аналогично тому, как двигаются иммунные клетки лейкоциты.

Дополнительные расчёты показали, что движущая сила, создаваемая подвижностью бактерий, сильнее, чем сила воздействия потока крови. Это позволяет предположить, что микробы могут использовать вращающиеся внутренние структуры — жгутики — для активной миграции вдоль стенок сосудов и выхода из кровотока к определённым тканям даже под давлением кровотока. Весь процесс аналогичен тому, как человек плывёт по реке, используя ноги, чтобы приблизиться к деревьям на берегу, хватаясь за ветви, чтобы замедлиться, и в итоге, подтягиваясь и отталкиваясь, выбирается на сушу.

Способность бактерий болезни Лайма преодолевать барьер, создаваемый током крови, вероятно, очень важна для распространения по организму и может помочь им достичь мест, где они способны дольше сохраняться, что потенциально затрудняет лечение инфекций.

Результаты также предполагают, что препараты, нацеленные на белок BBK32 или ещё не идентифицированные рецепторы эндотелия, могут помочь предотвратить или замедлить распространение бактерий болезни Лайма к суставам, сердцу и нервной системе, уменьшив тяжесть симптомов, таких как артрит, воспаление сердца, паралич лицевого нерва и невралгия. Поскольку белки, подобные BBK32, производятся и другими патогенами (например, Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes и некоторыми видами Borrelia), выводы могут быть актуальны и для других серьёзных заболеваний, вызванных распространением бактерий через кровь, включая пневмонию, возвратный тиф и воспаления сердца, костей и нервной системы. Более того, существующие препараты, ингибирующие взаимодействие лейкоцитов с сосудами для лечения аутоиммунных и воспалительных заболеваний, потенциально можно перепрофилировать для борьбы с болезнью Лайма и другими инфекциями.

В будущих исследованиях команда попытается идентифицировать рецепторы эндотелия, с которыми взаимодействует BBK32, оценить биомеханическую роль бактериальных жгутиков и определить, как бактерии нацеливаются на специфический эндотелий разных тканей. В более широком смысле, их подход визуализации клеток можно использовать для изучения распространения других патогенов в организме.