Разгадан механизм уничтожения бактерий иммунными клетками

Иммунные клетки-"киллеры" атакуют бактерии, вторгшиеся в клетки организма, но как они делают это так эффективно? Бактерии быстро развивают устойчивость к антибиотикам, но, похоже, не могут так же легко уклоняться от клеток-киллеров. Это заинтересовало учёных в поиске точного механизма, который используют клетки-киллеры для уничтожения бактерий.

Хотя один из способов, которым клетки-киллеры могут вызвать гибель бактерий, — это нанесение окислительного повреждения, до сих пор не было понятно, как они уничтожают бактерии в средах без кислорода.

Впервые исследователи зафиксировали клетки-киллеры "на месте преступления", наблюдая, как они систематически убивали три штамма микробов: E. coli и бактерии, вызывающие листериоз и туберкулёз. Процесс вызывает гибель бактериальных клеток независимо от наличия кислорода в среде.

Их выводы, опубликованные в Cell, показывают, что клетки-киллеры действуют методично, впрыскивая смертельные ферменты в бактерии, чтобы "запрограммировать" полный внутренний распад и гибель клетки.

Исследователи из Бостонской детской больницы, Института Уистара и Мичиганского университета (U-M) использовали системный подход для этого открытия.

"Мы взяли три очень разных бактерии и, чтобы увидеть, какие белки разрушаются клетками-киллерами, измерили их уровень до, во время и после атаки", — говорит доктор Джуди Либерман, соавтор исследования.

Белки критически важны для жизни, так как управляют использованием питательных веществ и производством клеточных механизмов, необходимых бактериям для выживания.

"У каждого штамма бактерий около 3000 белков, и мы увидели, что во всех трёх видах клетки-киллеры разрушили своим смертоносным ферментом, гранузимом B, около 5–10% этих белков", — говорит Либерман. "Если составить список белков, абсолютно необходимых бактериям для выживания, он был бы небольшим — и, что интересно, он, по-видимому, идентичен списку мишеней гранузима B".

Эффективнее антибиотиков

Чтобы нанести смертельный удар гранузимом B, клетки-киллеры ищут на поверхности клеток организма маркеры, которые могут указывать на вторжение бактерии внутрь клетки. Затем клетки-киллеры прикрепляются к заражённой клетке, используют фермент для создания небольшой поры в её поверхности и через неё впрыскивают гранузим B. Попав в клетку, гранузим B проникает в бактерию и разрушает критические для выживания белки, а также её рибосомы — компоненты клеточной машинерии, которые фактически производят белки.

"Рибосомы бактерий распадаются и перестают функционировать", — объясняет Либерман.

Это похоже на то, как если бы внутренняя фабрика жизни бактерии не только потеряла чертежи необходимых деталей, но и потерпела катастрофический сбой сборочной линии.

"Обнаружив бактериальные белки, которые "выводят из строя" клетки-киллеры, мы определили потенциальные терапевтические мишени, которые могут проложить путь к новому классу противомикробных препаратов", — предполагает Либерман.

"Сейчас у нас огромный кризис устойчивости к антибиотикам: большинство препаратов для лечения таких болезней, как туберкулёз или листериоз, или патогенов, как E. coli, неэффективны", — сказал соавтор исследования Шрирам Чандрасекаран. "Поэтому существует огромная потребность в понимании того, как работает иммунная система. Мы надеемся создать препарат, который действует на бактерии аналогичным образом".

Важно, что сколько бы раз исследователи ни подвергали бактерии воздействию гранузима B, бактерии не развивали устойчивости к его смертельной атаке. Возможно, единственный способ выжить для бактерий — замаскироваться так, чтобы клетки-киллеры не могли их "увидеть" и впрыснуть в них гранузим B.

Либерман сейчас ищет конкретные механизмы, с помощью которых бактерии могут уклоняться от клеток-киллеров. Она также исследует, как аналогичные "пути гибели" действуют на грибки и паразитов, например, вызывающих малярию.