Розгадана таємниця найпідступніших бактерій

Дослідники з Прінстонського університету і Дартмутського коледжу повідомляють, що Pseudomonas aeruginosa (синьогнійна паличка) є першим виявленим збудником інфекції, який діє просто прикріпившись до поверхні господаря. Це означає, що синьогнійна паличка, на відміну від більшості інших патогенних мікроорганізмів, не покладається на хімічний сигнал, специфічний для якого-небудь одного організму, і входить в контакт з будь-яким організмом, потенційно придатним до інфікування.

Синьогнійна паличка – одна з основних бактерій, що викликають різноманітні запальні захворювання. Вона зустрічається в природі повсюди і заражає не тільки людей, але і комах, хробаків, гриби й навіть амеб. Коли бактерія зустрічається з клітиною потенційного господаря (тобто потрапляє з води, грунту на живий організм), вона прикріплюється до клітини потенційної жертви.

Те, що синьогнійна паличка може заражати найрізноманітніші види тварин і рослин, було відомо і раніше. Залишалося неясним, як вона в змозі виявити так багато типів господарів, – говорить один з авторів дослідження, професор молекулярної біології Прінстонського університету Земер Гітай. Адже більшість інших бактерій набагато більш перебірливі у своєму виборі і заражають якийсь один або декілька видів тварин або рослин. Так, наприклад, чумка собак, що викликається бактеріями, безпечна для людей, а бактеріальний рак рослин – велика проблема виноградарів – абсолютно безпечний для тварин.

Завданням дослідників було визначити механізм розпізнавання синьогнійноюпаличкою клітин різних типів і прикріплення до їхньої поверхні. У ході дослідження було зроблено дивовижне відкриття. Виявилося, що на відміну від інших представників патогенних мікроорганізмів, під час пошуку жертви синьогнійна паличка користується дотиком, а не смаком. Таким чином Pseudomonas виявляє потенційного господаря і заражає його.

Професор Гітай розповів, що більшість бактерій, вірусів та інших хвороботворних агентів у своїй активності покладаються на «смак» – реагують на хімічні сигнали, унікальні для господарів, з якими вони, як правило, співіснують і паралельно еволюціонують протягом тривалого часу. Pseudomonas, використовуючи дотик, здатні процвітати на людях, інших тваринах, рослинах, численних техногенних поверхнях, у воді та грунті.

Дослідники виявили, що як мінімум дві умови повинні бути виконані для того, щоб відбулося інфікування синьогнійною паличкою. По-перше, бактерії можуть заразити організм тільки якщо вони діють не поодинці, а цілою групою захвату: тільки відчувши присутність бактерій свого штаму (почуття кворуму), синьогнійніпалички зв’язуються з поверхнею і заражають організм. При цьому бактеріям все одно, які клітини заражати – головне – діяти спільно. Другою важливою умовою є контакт з поверхнею і можливість закріпитися на ній.

Дослідники зосередилися на механізмі закріплення на поверхні, тому що він є відмінною рисою Pseudomonas. Щоб продемонструвати можливість бактерій заражати різноманітних господарів, доктор Сірьяпорн (один з авторів дослідження) інфікував бактеріями рослинні клітини, а потім вводив в зразок амеб. Pseudomonas відразу ж виявляли одноклітинних і швидко закріплювалися на них. «Бактерії не знають, на якому господарі вони сидять, – говорить доктор Сірьяпорн. – Вони атакують все підряд, не роблячи відмінностей між одним або іншим господарем». Ймовірно, існує якийсь універсальний механізм виявлення об’єктів, які можна заразити. І такий механізм був знайдений.

Для перевірки одного з припущень, доктор Сірьяпорн видалив з поверхні бактерій білок PilY1. На подив, мікроорганізми тут же стали безпомічними і втратили здатність заражати і таким чином вбивати амеб. «Ми вважаємо, що цей білок є датчиком дотику, – пояснює Сірьяпорн. – Коли ми видалили білок, бактерії перебували на поверхні амеби, але не знали про це, тому не проявляли вірулентність».

Так як PilY1 знаходиться на поверхні синьогнійної палички і необхідний для вірулентності, він представляється комплексною і легко доступною мішенню для розробки ліків для лікування інфекції, стверджує Гітай. Це відкриття дозволяє розвивати новий підхід до боротьби з синьогнійною паличкою: обробляти бактерії так, щоб блокувати роботу білка PilYl, замість того, щоб намагатися вбити підступні бактерії, які резистентні до більшості лікарських засобів.

Виявлений в синьогнійної палички білок PilYl є також і в бактеріях роду Burkholderia, які надзвичайно небезпечні для пацієнтів з муковісцидозом. Можна припустити, що білок PilYl є частиною загального неспецифічного механізму регулювання вірулентності бактерій.

Ця робота може стати початком розробки ліків нового типу, що руйнують механізми активації вірулентності бактерій замість препаратів, які вбивають самі бактерії.