Представители рода Bacillus и родственных ему родов являются одними из наиболее распространенных бактерий в окружающей нас среде, взаимодействуют с человеком различными способами, такими как почва, воздух, растения, и даже обитают в кишечнике человека.
Представители рода Bacillus являются грамположительными, спорообразующими и факультативными аэробами. Интересно, что род Bacillus содержит как патогенные, так и непатогенные микроорганизмы и имеет сложные таксономические взаимоотношения. B. anthracis, B. cereus и B. thuringiensis - наиболее изученные патогенные бактерии рода Bacillus, которые вызывают пищевые отравления, локальные инфекции, такие как инфекции глаз и слухового прохода, а также системные инфекции, такие как менингит и бактериемия.
B. anthracis является возбудителем сибирской язвы - острого инфекционного заболевания человека, сельскохозяйственных животных и диких животных. Сибирская язва смертельно опасна для человека и может вызывать тяжелые желудочно-кишечные и легочные инфекции. B. cereus известна как один из возбудителей пищевых отравлений и, по некоторым данным, вызывает локальные раневые и глазные инфекции у людей. Некоторые штаммы B. thuringiensis являются энтомопатогенами, разработанными в качестве биопестицидов, и, возможно, передаются человеку, вызывая инфекции у пациентов с ослабленным иммунитетом.
Патогенез инфекций видов Bacillus зависит от выживания спор во внешней среде, поскольку дремлющие споры являются основной инфекционной формой бактерий. Споруляция B. anthracis происходит только во внешней среде при контакте вегетативных клеток с воздухом, и причины этого не вполне понятны. Кроме того, окружающая среда представляет собой серьезную проблему для перехода от хозяина во внешнюю среду благодаря температуре, влажности и наличию питательных веществ. Интересно, что в виде метаболически неактивных спор патогенные бактерии могут переносить экстремальные воздействия, включая давление, рН и ультрафиолетовое излучение. Эпидемиология сибирской язвы у человека распространяется на домашний скот, диких животных, почву и воду. В почве споры B. anthracis могут сохранять жизнеспособность в течение десятилетий и являются потенциальным источником передачи инфекции, вызывая заражение травоядных животных при выпасе через вдыхание или проглатывание.
С другой стороны, B. cereus в основном обитает в почве и воде, однако этот микроорганизм был выделен из различных млекопитающих, птиц, рептилий и беспозвоночных, в том числе из кишечника домашней птицы, черепах и вымени крупного рогатого скота. Штаммы B. cereus ассоциированы с различными пищевыми и молочными продуктами, в том числе с основным продуктом питания - рисом. Примечательно, что споры устойчивы к пастеризации и термической обработке. Кроме того, гидрофобность спор играет критическую роль в адгезии к поверхности, что впоследствии приводит к рецидивирующим проблемам в биопленках B. cereus в молочных емкостях.
В настоящее время эффективного лечения сибирской язвы не существует, однако в качестве терапии используются такие антибиотики, как доксициклин и ципрофлоксацин. Другими доступными вариантами являются моноклональные антитела, такие как раксибакумаб, обильтоксаксимаб, и BioThrax - активная иммунизирующая вакцина. Для поиска новых методов лечения сибирской язвы Chiang et al. исследовали эффекторную функцию агониста Toll-подобных рецепторов (TLR) DA-98-WW07 на мышиной модели. DA-98-WW07 - это новый лиганд TLR2, который продемонстрировал многообещающую защиту от B. anthracis. Кроме того, дополнительная терапия с использованием субоптимальной концентрации DA-98-WW07 в комбинации с ципрофлоксацином показала улучшение защиты мышей от инфекции B. anthracis.
Granovskiy et al. сконструировали модифицированный и стабильный рекомбинантный антиген (PA) против сибирской язвы, названный rPA83m, который имеет инактивированные участки протеолиза и замещенные участки деамидирования. В другом недавнем подходе к решению проблемы низкой стабильности PA авторы использовали сферические частицы вирусов растений (SPs) в качестве стабилизаторов рекомбинантных антигенов. Исследования на животных показали усиление защиты при сочетании двух композиций: rPA83m и SPs, содержащих рекомбинантные антигены. У морских свинок были получены стабильные и высокие титры антител к rPA83m против вирулентного штамма 81/1 B. anthracis, причем rPA83 сохранял свои иммуногенные свойства и после хранения. В целом исследования стабильности, иммуногенности и защиты позволили предположить, что комбинированный препарат rPA83m и SPs может рассматриваться в качестве потенциального кандидата в вакцины против сибирской язвы после проведения клинических испытаний.
Manoharan et al. выделили штамм B. cereus G9241, вызывающий заболевания, подобные сибирской язве. В ходе исследования было установлено, что супернатант культуры G9241 проявляет гемолитическую и цитотоксическую активность в отношении нескольких клеток млекопитающих при культивировании при 25°С, однако при физиологической температуре 37°С никаких негативных эффектов не наблюдалось. Используя различные генетические и протеомные инструменты и методики, авторы пришли к выводу, что этот уникальный фенотип G9241 представляет собой температурно-зависимый переключатель, который регулируется PlcR (плейотропным транскрипционным регулятором) и активатором кворум-сенсинга PapR, являющимся протеазой. PapR является лимитирующим фактором для синтеза токсина под действием PlcR при 37°С, что привело к получению негемолитических и нецитотоксичных бесклеточных супернатантов. Примечательно, что B. cereus G9241 переключается между неантраксным и сибиреязвенным фенотипами в зависимости от температуры. Следует изучить механизмы регуляции регуляторов токсинов у B. cereus и B. anthracis, которые могут стать потенциальной терапевтической мишенью для борьбы с сибирской язвой.
Как было сказано ранее, многие виды Bacillus известны своими полезными свойствами для человека. В недавнем исследовании Xie et al. сообщили о защитном действии B. velezensis ADS024 против апоптоза, опосредованного токсином Clostridium difficile, в эпителиальных клетках толстой кишки человека. Инфекция C. difficile (CDI) продуцирует токсины A и B, которые вызывают воспаление и гибель клеток кишечника. У пациентов, длительно получавших антибиотики, отмечается высокий риск развития CDI, проявляющейся диареей, кровянистым стулом и болями в животе. Одноштаммовый живой биотерапевтический продукт (SS-LBP) ADS024 показал многообещающие результаты в лечении рецидива CDI после завершения стандартной антибиотикотерапии. Показано, что SS-LBP ADS024 подавляет апоптоз, опосредованный токсином B, в эпителиальных клетках толстой кишки и эксплантатах толстой кишки человека за счет ингибирования расщепления каспазы 3. Таким образом, B. velezensis ADS024 может быть использован в качестве альтернативной терапевтической стратегии для борьбы с CDI.
