Разгадана тайна самых коварных бактерий

Исследователи из Принстонского университета и Дартмутского колледжа сообщают, что Pseudomonas aeruginosa (синегнойная палочка) является первым обнаруженным возбудителем инфекции, который действует просто прикрепившись к поверхности хозяина. Это означает, что синегнойная палочка, в отличие от большинства других патогенных микроорганизмов, не полагается на химический сигнал, специфичный для какого-либо одного организма, и входит в контакт с любым организмом, потенциально пригодным к инфицированию.

Синегнойная палочка – одна из основных бактерий, вызывающих различные воспалительные заболевания. Она встречается в природе повсеместно и заражает не только людей, но и насекомых, червей, грибы и даже амеб. Когда бактерия встречается с клеткой потенциального хозяина (то есть попадает из воды, почвы на живой организм), она прикрепляется к клетке потенциальной жертвы.

То, что синегнойная палочка может заражать самые разнообразные виды животных и растений, было известно и раньше. Оставалось неясным, как она в состоянии обнаружить так много типов хозяев, — говорит один из авторов исследования, профессор молекулярной биологии Принстонского университета Земер Гитай. Ведь большинство других бактерий гораздо более разборчивы в своем выборе и заражают какой-то один или несколько видов животных или растений. Так, например, вызываемая бактериями чумка собак не опасна для людей, а бактериальный рак растений – большая проблема виноградарей – совершенно безопасен для животных.

Задачей исследователей было определить механизм распознавания синегнойной палочкой клеток разных типов и прикрепления к их поверхности. В ходе исследования было сделано удивительное открытие. Оказалось, что в отличие от других представителей патогенных микроорганизмов, при поиске жертвы синегнойная палочка пользуется осязанием, а не вкусом. Таким образом Pseudomonas выявляет потенциального хозяина и заражает его.

Профессор Гитай рассказал, что большинство бактерий, вирусов и других болезнетворных агентов в своей активности полагаются на «вкус» — реагируют на химические сигналы, уникальные для хозяев, с которыми они, как правило, сосуществуют и параллельно эволюционируют в течение длительного времени. Pseudomonas, используя осязание, способны процветать на людях, других животных, растениях, многочисленных техногенных поверхностях, в воде и почве.

Исследователи обнаружили, что как минимум два условия должны быть выполнены для того, чтобы произошло инфицирование синегнойной палочкой. Во-первых, бактерии могут заразить организм только если они действуют не поодиночке, а целой группой захвата: только почувствовав присутствие бактерий своего штамма (чувство кворума), синегнойные палочки связываются с поверхностью и заражают организм. При этом бактериям все равно, какие клетки заражать – главное – действовать сообща. Вторым важным условием является контакт с поверхностью и возможность закрепиться на ней.

Исследователи сосредоточились на механизме закрепления на поверхности, потому что он является отличительной особенностью Pseudomonas. Чтобы продемонстрировать возможность бактерий заражать разнообразных хозяев, доктор Сирьяпорн (один из авторов исследования) инфицировал бактериями растительные клетки, а затем вводил в образец амёб. Pseudomonas сразу же обнаруживали одноклеточных и быстро закреплялись на них. «Бактерии не знают, на каком хозяине они сидят, — говорит доктор Сирьяпорн. — Они атакуют все подряд, не делая различий между одним или другим хозяином». Вероятно, существует какой-то универсальный механизм обнаружения объектов, которые можно заразить. И такой механизм был найден.

Для проверки одной из догадок, доктор Сирьяпорн удалил с поверхности бактерий белок PilY1. К удивлению, микроорганизмы тут же стали беспомощными и потеряли способность заражать и таким образом убивать амёб. «Мы считаем, что этот белок является датчиком прикосновения, — поясняет Сирьяпорн. — Когда мы удалили белок, бактерии находились на поверхности амёбы, но не знали об этом, поэтому не проявляли вирулентность».

Так как PilY1 находится на поверхности синегнойной палочки и необходим для вирулентности, он представляется комплексной и легко доступной мишенью для разработки лекарств для лечения инфекции, утверждает Гитай. Это открытие позволяет развивать новый подход к борьбе с синегнойной палочкой: обрабатывать бактерии так, чтобы блокировать работу белка PilYl, вместо того, чтобы пытаться убить коварные бактерии, которые резистентны к большинству лекарственных средств.

Обнаруженный в синегнойной палочке белок PilYl есть также и в бактериях рода Burkholderia, которые чрезвычайно опасны для пациентов с муковисцидозом. Можно предположить, что белок PilYl является частью общего неспецефического механизма регулирования вирулентности бактерий.

Эта работа может стать началом разработки лекарств нового типа, разрушающих механизмы активации вирулентности бактерий вместо препаратов, которые убивают сами бактерии.