Механізми зараження ієрсінії - MedMix
Дослідники HZI показують, як кишкові бактерії хворіють, розшифровуючи механізми зараження ієрсинії та імунні реакції господаря.
Шлунково-кишкові інфекції є одними з найпоширеніших захворювань у всьому світі. Вони викликаються, наприклад, такими бактеріальними збудниками, як ієрсінія. Ці кишкові бактерії названі на честь швейцарця Олександра Єрсіна, який спричинив страшний збудник чуми Yersinia pestis виявив. Майже кожен інфікується ієрсинією протягом свого життя. Вони можуть спричинити важкі кишкові інфекції із запаленням лімфатичних вузлів навколо кишечника та гострими болями в животі. Паличкоподібні бактерії стільця трапляються у численних ссавців і переважно передаються від тварин до людей через заражену їжу.
Для того, щоб колонізувати кишечник, потрібно Єрсінія-Спочатку бактерії зв’язуються з поверхнею слизової оболонки кишечника. Вони проходять через це, щоб проникнути в глибші тканини і дістатися до органів. “Механізми, за допомогою яких різні Єрсінія-Бактерії, які інфікують клітини господаря та контролюють їх поширення в хазяїні, дуже схожі. Тому ми досліджуємо в лабораторії менш небезпечного родича з родини Єрсіній: модельний організм Yersinia pseudotuberculosis. Збудник має багато спільного із збудником чуми Yersinia pestis", - каже науковець HZI проф. Петра Дерш, завідувач кафедри" Біологія молекулярної інфекції ". Однак недостатньо колонізувати тканини господаря; бактерії також повинні виграти боротьбу з імунною системою господаря. “Поки що такі дослідження проводились лише in vitro, тобто в культурі клітин у лабораторних умовах. Навколишнє середовище (більш висока температура, більше поживних речовин) можна імітувати, але не вплив імунної системи », - говорить Дерш.
Щоб краще зрозуміти, як діє інфекція Yersinia, вченим потрібно розглянути механізми регуляції, які запускаються, коли збудник впливає на живого господаря. З цією метою Дерш та її команда намагалися використовувати новітні методи секвенування та великі біоінформаційні аналізи на заражених мишах, щоб пояснити стратегії та механізми, що використовуються патогеном Єрсінія заражає свого господаря та те, як імунна система реагує на нього. Дерш: "Наш аналіз тисяч генів на рівні транскриптома складає точну карту жорсткої битви під час зараження патогеном та подальшого імунного захисту миші".
Для дослідження було досліджено лімфатичну тканину мишей, інфікованих ієрсинією, яка тісно пов'язана з кишечником. Інфекція, яка першою вражає лімфатичні вузли, типова для Ієрсинії. "Ми змогли довести, що господар реагує на раннє зараження Ієрсінією масовою імміграцією захисних клітин, так званих нейтрофілів", - пояснює Дерш. Крім того, хазяїн намагається запобігти поширенню зародка, що вторгся, в тканині, виробляючи певні фактори згортання, та знерухомлює його. «Завдяки факторам згортання, заражений господар може утворити мережу волокон фібрину навколо збудника, так званий« згусток »або згусток. Ця структура також дуже важлива для імунної системи, яка розпізнає ці скупчення клітин як чужорідні і може їх усунути ".
У ході дослідження вчені також змогли показати, що невеликі регуляторні молекули РНК відіграють важливу роль у зараженні. Це важлива стратегія бактерій, оскільки вона дозволяє їм адаптувати певні метаболічні процеси, щоб швидко розвивати нові джерела їжі - еволюційну адаптацію бактерій до господаря, так би мовити. Тому що вони конкурують з господарем за певні іони металів, такі як залізо, марганець або цинк. Як бактерії, так і клітини-господарі мають спеціальні молекули, що зв’язують залізо, за допомогою яких вони взаємно видобувають залізо і таким чином забезпечують власне виживання. "Незважаючи на свою сильну імунну відповідь, господар не може остаточно виграти боротьбу з бактеріальною інфекцією", - говорить Петра Дерш. "Бактерії впорскують сильні отрути в клітини господаря, так звані ефектори, які вбивають клітини".
У подальшому експерименті дослідники HZI разом з колегами з Технічного університету Брауншвейга, Брауншвейгського центру системної біології (БРІКС), Університету Саарбрюккена та Технічного університету Мюнхена також досліджували інфекцію Ієрсінії безпосередньо на рівні окремих бактеріальних клітин. Цей підхід до системної біології також показав, що кишкові бактерії дуже здатні адаптуватися до навколишнього середовища в лімфатичній тканині господаря. “Через складний генетичний взаємозв’язок деякі Єрсінія-Клітини певних генів вірулентності спонтанно «включаються», але не в інших. Така різноманітність може забезпечити виживання збудника в хазяїні, оскільки, наприклад, деякі бактерії краще адаптуються до нової ситуації в кишечнику в майбутньому », - пояснює Аарон Нусс, вчений із команди Петри Дерш. “Наразі нам ще не вдалося точно проаналізувати всю міру різноманітності популяцій патогенів - і які переваги це має для бактерій. Якщо ми це краще зрозуміємо, ми могли б також краще боротися з цими патогенами ".
"Нові можливості обстеження за допомогою найсучасніших технологій дають нам важливе розуміння діалогу між патогеном та господарем під час інфекції в тканинах або також на основі окремих клітин", - каже Петра Дерш. «У майбутньому ми також зможемо створювати профілі транскрипції інших патогенів, щоб виявити раніше приховані генні функції, які є важливими для виживання у різних господарів. Це також покращить виявлення потенційних вихідних точок для наркотиків ".
Аарон М.Нус, Майкл Бекштет, Марія Піменова, Каріна Шмюль, Вібке Опіц, Фабіо Пізано, Ен Кетрін Херовен та Петра Дерш: Подвійні тканинні послідовності РНК: швидкий шлях виявлення специфічних для інфекції функцій та риборегуляторів, що формують транскриптоми господаря-збудника. PNAS, 2017, 17 січня; 114 (3), doi: 10.1073/pnas.1613405114.