Исследователи создали более безопасную форму Coxiella burnetii для научных целей

Учёные неожиданно обнаружили, что ослабленная форма бактерии Coxiella burnetii (C. burnetii), обычно не считающаяся патогенной, естественным образом приобрела способность вызывать заболевание.

C. burnetii вызывает у людей Ку-лихорадку, и её ослабленные формы используются в научных целях. Исследователи идентифицировали генетическую мутацию, ответственную за повышенную способность вызывать заболевание (вирулентность), и создали форму бактерии без этого генетического дефекта, которую можно безопасно использовать в исследованиях.

Исследование, проведённое учёными из Национального института аллергии и инфекционных заболеваний (NIAID), входящего в Национальные институты здоровья (NIH), и их коллегами из Университета штата Вашингтон и Северного Аризонского университета, опубликовано в Nature Communications.

C. burnetii естественным образом инфицирует домашний скот, включая коз, овец и крупный рогатый скот. Бактерия вызывает Ку-лихорадку — редкое заболевание человека, с менее чем 1000 случаев в год, регистрируемых в США.

В группе наибольшего риска заражения находятся фермеры, ветеринары и исследователи животных, так как инфекция передаётся при вдыхании пыли, загрязнённой продуктами жизнедеятельности инфицированных животных (фекалии, моча, молоко, продукты родов).

Ку-лихорадка характеризуется симптомами от лёгких до тяжёлых, похожими на грипп, и лечится антибиотиками. При тяжёлом течении может развиться пневмония или гепатит. Менее 5% инфицированных развивают хроническую форму (хроническую Ку-лихорадку) через месяцы или годы после первичной инфекции. Это состояние требует месяцев лечения антибиотиками и может привести к летальному исходу.

Различные формы липополисахарида (LPS) — большой молекулы на внешней мембране грамотрицательных бактерий — могут сильно влиять на способность бактерии вызывать заболевание. Изменчивость формы LPS известна как "фазовая вариация" и особенно важна для C. burnetii, так как помогает определять вирулентность бактерии.

Учёные NIAID и их коллеги стремились определить, как именно длина LPS влияет на способность C. burnetii вызывать заболевание. Природная форма C. burnetii ("дикого типа") высоковирулентна и считается CDC агентом, требующим особых мер биобезопасности в лабораториях.

Помимо полностью вирулентного штамма Nine Mile I (NMI), для исследований обычно используют ещё две формы C. burnetii, менее вирулентные, чем NMI:

• NMC — умеренно вирулентный.
• NMII — не считается вирулентным, имеет большую хромосомную делецию, необратимо устраняющую два гена, участвующих в биосинтезе LPS. Этот штамм исключён из правил CDC для особо опасных агентов из-за неспособности вызывать заболевание.

Чтобы исследовать влияние длины LPS на вирулентность, учёные заразили морских свинок штаммами NMI, NMC или NMII в лабораториях уровня биобезопасности 3 (BSL-3).

Через 14 дней после заражения в селезёнках трёх из четырёх свинок, инфицированных NMII, неожиданно обнаружились изоляты этого штамма, что указывало на диссеминацию бактерии в организме. Исследователи обнаружили, что у этих изолятов NMII была нераспознанная ранее форма модификации LPS, которая привела к его удлинению и, как следствие, к вирулентности, сравнимой со штаммом NMC.

Чтобы проверить, не ограничено ли удлинение LPS животными моделями, учёные пассировали (культивировали) NMII в клеточной культуре в течение 50 недель. Штамм NMII снова продемонстрировал реактивность LPS, указывающую на приобретённую вирулентность.

Анализ показал, что у бактерий NMII была специфическая генетическая мутация, вызывавшая удлинение LPS и усиливавшая патогенный потенциал штамма. Для решения потенциальных проблем безопасности учёные создали штамм NMII, названный NMII-E, с делецией этого специфического гена, и обнаружили, что этот штамм не производит тех же эффектов LPS.

По мнению авторов, результаты имеют значение для лабораторной работы с C. burnetii, чувствительности диагностики и разработки вакцин. В частности, способность штамма NMII естественным образом возвращаться к более вирулентной форме предполагает, что исследователям, работающим с этим штаммом, следует проводить работы в условиях более высокого уровня биобезопасности.

Авторы отмечают, что эта работа демонстрирует успех программы контроля особо опасных агентов и прогресс в создании безопасных альтернатив для проведения важных научных исследований.