Исследователи из Калифорнийского университета в Дэвисе обнаружили сигнальный механизм, который позволяет бактериям, таким как сальмонелла, избегать уничтожения иммунной системой хозяина.

Внутриклеточные бактерии , такие как сальмонелла, могут инфицировать макрофаги, тип иммунных клеток. Сальмонелла вызывает гибель макрофага-хозяина. Затем он обманом заставляет другие иммунные клетки безопасно доставлять их в другой макрофаг, а не уничтожать их.

«Сальмонелла обходит оборону хозяина, используя одно из наших лучших видов оружия и обращая его против нас. Это своего рода гениальность», — сказал Андреас Боймлер, старший автор исследования. Боймлер — заместитель председателя по исследованиям и профессор кафедры медицинской микробиологии и иммунологии Медицинской школы Калифорнийского университета в Дэвисе.

Исследование, проведенное на культурах тканей мыши, было опубликовано в журнале Cell Host & Microbe .

Патогены прячутся в иммунных клетках

Система комплемента, часть нашей иммунной системы, отвечает за очистку от патогенов, включая бактерии. Он либо непосредственно убивает патоген, либо нацеливает его на уничтожение другими иммунными клетками.

Нейтрофилы — это иммунные клетки, которые система комплемента рекрутирует для борьбы с бактериями. «Их работа состоит в том, чтобы убивать бактерии. Если вы поцарапаете кожу, вы выживете, потому что нейтрофилы заботятся о случайно попавших бактериях», — объяснил Боймлер.

Макрофаги — это еще один тип иммунных клеток, которые очищают мертвые и умирающие клетки. Они активно поглощают бактерии и другой клеточный мусор, но не так эффективно убивают бактерии, как нейтрофилы.

Бактерии, такие как Salmonella, выживают внутри макрофагов в окруженных мембраной вакуолях или компартментах. Нахождение внутри макрофага позволяет им избежать обнаружения другими иммунными клетками, такими как нейтрофилы, убивающие бактерии.

Но макрофаги живут всего около 30 дней, поэтому внутриклеточные бактерии, такие как сальмонелла, должны периодически находить новую клетку-хозяина. И они должны сделать это так, чтобы иммунная система их не обнаружила и не уничтожила.

Исследователи обнаружили, что бактерии сальмонеллы, заразившие макрофаги, используют особое оружие — факторы вирулентности — для создания отверстий в мембранах как вакуолей, так и макрофагов, чтобы вызвать гибель макрофагов, тем самым открывая каналы наружу.

Эти отверстия позволяют бактериям активировать систему комплемента и генерировать сигнал «найди меня», чтобы привлечь нейтрофилы для поиска бактерий, попавших в ловушку умирающих макрофагов .

Когда нейтрофил прибывает, чтобы очистить мертвый макрофаг с сальмонеллой внутри, он поглощает как мертвый макрофаг, так и сальмонеллу в процессе, называемом эффероцитозом.

Затем мертвый макрофаг защищает сальмонеллу от антимикробных свойств нейтрофилов, позволяя бактериям выжить.

Таким образом, сальмонелла захватывает ключевые аспекты иммунной системы хозяина, а именно систему комплемента и нейтрофилы, чтобы сохраняться в инфицированном хозяине.

«Когда патоген запускает систему комплемента хозяина путем индуцированной фактором вирулентности перфорации в макрофаге хозяина, что генерирует сигнал для эффероцитоза, система больше не работает. Нейтрофилы становятся безопасным участком для сальмонеллы», — сказал Хиротака Хиёси, ведущий автор исследования.

Хиёси, бывший ассистент научного сотрудника кафедры медицинской микробиологии и иммунологии Калифорнийского университета в Дэвисе, теперь является доцентом кафедры бактериологии в Университете Нагасаки в Японии.

Понимание механизма может помочь в будущем лечении

Сальмонелла — это всего лишь один из видов внутриклеточных бактерий, которые могут вызывать заболевания у людей. Другие патогены, живущие внутри клеток, включают Brucella abortus, Listeria monocytogenes, Chlamydia trachomatis, Coxiella burnetii и Mycobacterium tuberculosis.

Исследователи также продемонстрировали, что бруцелла использует тот же механизм, что и сальмонелла, чтобы уклониться от иммунной системы хозяина, предполагая, что эта стратегия вирулентности может быть общей для других бактериальных патогенов, которые могут жить в клетках хозяина.

Хотя некоторые из этих бактериальных инфекций могут пройти сами по себе, они часто требуют лечения антибиотиками. Ожидается, что в ближайшие десятилетия устойчивость к антибиотикам значительно возрастет, а это означает, что они могут больше не быть эффективными против внутриклеточных патогенов.

«Множественная лекарственная устойчивость растет, и к 2050 году бактерии с множественной лекарственной устойчивостью, по прогнозам, станут причиной смерти номер один. Вот почему нам нужно понять эти болезни, чтобы найти уязвимость в их стратегиях. Как только вы поймете механизм, вы сможете разработать новое целевое лечение», — сказал Боймлер.

Дополнительные авторы исследования включают Бевин С. Инглиш, Владимир Э. Диас-Очоа, Тамдинг Вангди, Лилиан Ф. Чжан и Рене М. Цолис из отделения медицинской микробиологии и иммунологии Калифорнийского университета в Дэвисе; Миако Сакагучи из Института тропической медицины Университета Нагасаки, Япония; и Такеши Ханэда из Школы фармации Университета Китасато, Япония.