Новые структуры C. diff необходимы для инфекции и открывают новые мишени для терапии

Железосодержащие "сферы" внутри бактерии C. diff (Clostridioides difficile) — основной причины внутрибольничных инфекций — могут стать новыми мишенями для антибактериальных препаратов.

Исследователи из Университета Вандербильта обнаружили, что C. diff производит эти сферы, называемые ферросомами, и что эти структуры важны для инфекции в модели на животных. Результаты, опубликованные 15 ноября в журнале Nature, также являются редкой демонстрацией мембраносвязанной структуры внутри патогенной бактерии.

Долгое время считалось, что бактерии не содержат органелл (таких как ядро, митохондрии и другие специализированные структуры), в отличие от эукариотических клеток, но эта биологическая догма, по-видимому, ошибочна.

Команду заинтересовали более ранние данные о том, что некоторые бактерии окружающей среды производят железосодержащие ферросомы. Они знали, что гены этих бактерий консервативны у C. diff и других анаэробных бактерий, и решили выяснить, производит ли C. diff ферросомы для управления своей потребностью в железе.

C. diff вызывает около 500 000 инфекций и более 29 000 смертей в США ежегодно, а варианты лечения ограничены.

Чтобы обнаружить железо внутри C. diff, исследователи использовали метод STEM-EDS и доказали наличие скоплений железа внутри бактерии.

Исследования под руководством соавторов Хуаляна Пи и Жун Суна показали, что эти "точки" железа представляют собой органеллы, важные для инфекции C. diff.

Было обнаружено, что два гена (fezA и fezB), сходные с генами у бактерий окружающей среды, необходимы для образования ферросом. Используя бактерии C. diff без этих генов, они показали, что ферросомы необходимы для полной колонизации и вызывания заболевания в модели на животных.

Ферросомы оказались еще более важными для инфекции C. diff в модели воспалительного заболевания кишечника, демонстрируя, что эти железосодержащие структуры помогают бактерии бороться с "питательным иммунитетом" — ответом хозяина, вырабатывающего белки для связывания железа с целью "голодания" патогена.

Команда использовала криогенную электронную микроскопию (крио-ЭМ) и криотомографию, чтобы показать, что структуры ферросом заключены в мембрану, что классифицирует их как органеллы.

Результаты "устанавливают образование ферросом и все факторы, участвующие в их образовании, в качестве потенциальных мишеней для новых антибактериальных препаратов".

В будущих исследованиях планируется изучить, как образуются ферросомы, производят ли их другие кишечные патогены и могут ли эти структуры служить общим источником железа в кишечнике.