Как сальмонелла создаёт «злых двойников», чтобы избежать защитных сил организма
Необычный регуляторный механизм, контролирующий опцию «пловец/не-пловец» у генетически идентичной Salmonella, также влияет на способность бактерии вызывать инфекцию.
Учёные из Вашингтонского университета сообщили об открытии на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Когда Salmonella делится на генетически идентичные клоны, могут возникать одна из двух форм бактерии. У одних особей есть жгутики — тонкие, похожие на кнут выросты, которые двигают бактерию. У других их нет.
При выращивании в лабораторной чашке появляются оба типа.
Salmonella — распространённая бактерия пищевого отравления. Она может выживать и закрепляться во враждебных средах — например, внутри людей, защищённых множеством клеток, борющихся с инфекцией. У лиц с ослабленным иммунитетом она вызывает инфекции кровотока.
«В непредсказуемом мире, — сказал доктор Брэд Куксон, профессор микробиологии и лабораторной медицины, — Salmonella эволюционировала, чтобы подстраховаться». Каждый облик имеет свои преимущества и недостатки для вторжения в хозяина и уклонения от защитных сил в зависимости от ситуации.
Куксон объяснил, что генетическая идентичность при различии во внешнем виде и функции полезна для популяции болезнетворных бактерий. Даже будучи идентичными клонами, различные характеристики особей — одни подвижны, другие неподвижны — позволяют популяции колонизировать хозяина и установить инфекцию.
«Разнообразие, — отметил Куксон, — повышает шанс, что некоторые из клонов будут процветать в изменчивых условиях». Чтобы заразить животное, проглоченная Salмонелла преодолевает защитную слизь кишечника, колонизирует лимфатические ткани, а затем создаёт нишу внутри клеток-убийц микробов. Эти клетки используются для перевозки Salmonella в селезёнку и другие ткани органов.
«Способность плавать, — сказал Куксон, — предположительно, критически важная черта для выживания». Например, при кишечной инфекции подвижные бактерии Salmonella растут быстрее своих неподвижных собратьев, потому что могут мигрировать к богатым питательными веществами слоям слизистой оболочки кишечника. Однако внутри макрофагов преимущество имеют неподвижные Salmonella.
Это потому, что белок, необходимый для создания жгутиков, называемый флагеллин, провоцирует защитные силы организма. Когда бактерии Salmonella выделяют флагеллин, их макрофаг-перевозчик интерпретирует это как сигнал опасности и убивает себя — и находящуюся на борту Salmonella — в саморазрушительном провоспалительном ответе, называемом пироптозом: «воспламеняется».
В качестве контрмеры Salmonella ограничивает производство флагеллина, чтобы не запускать макрофагальную тревогу. Это помогает Salmonella избежать провоцирования воспалительного ответа, который уменьшил бы её шансы на колонизацию хозяина.
Команда исследователей Куксона под руководством доктора Мэри Стюарт из отдела микробиологии UW определила генетическую регуляцию для производства флагеллина в режиме «ВКЛ» и «ВЫКЛ». Этот путь генетической регуляции стоит за удивительной способностью генетически идентичной Salmonella генерировать физически различные подгруппы.
Они обнаружили, что белок, который почти в отдельном классе — YdiV — определяет, будет ли клетка Salmonella производить флагеллин или нет. Этот белок может предотвращать считывание определённых частей генома Salmonella для производства вещества, называемого сигма-фактором. Сигма-фактор играет ключевую роль в привлечении других биохимических функций, которые способствуют производству флагеллина.
Сигма-фактор репрессирован только в некоторых генетически идентичных клетках. Это приводит к двум видам субпопуляций: те клетки, которые производят флагеллин, и те, которые этого не делают. В лабораторной чашке оба типа сохраняют стабильное присутствие в клональной популяции Salmonella. В организме животного или человека анатомическое расположение определяет, какой тип будет более успешным на каждом этапе инфекции.
Исследователи также обнаружили, что штаммы Salmonella, лишённые белка YdiV, не способны полностью подавлять производство флагеллина. Эти мутантные штаммы менее заразны. Рассматривая другую сторону борьбы «хозяин-патоген», мутантные мыши, которые не могли запускать пироптоз в ответ на флагеллин, были более восприимчивы к серьёзным инфекциям Salmonella.