Биопленки не позволяют токсинам Pseudomonas aeruginosa обнаруживаться сенсорными нейронами, обманывая организм, чтобы тот не почувствовал себя больным.
Когда человек подхватывает легочную инфекцию, будь то вирусная или бактериальная, у него обычно появляются характерные симптомы, такие как слабость, затрудненное дыхание или затуманенность сознания. Эти признаки сигнализируют окружающим о необходимости держаться на безопасном расстоянии от заразного человека. Однако Pseudomonas aeruginosa может вызывать целый ряд легочных инфекций, от легкого бронхита до опасной для жизни пневмонии, которые протекают остро, бессимптомно, но вызывают воспаление и разрушение тканей.
При хронических инфекциях эти бактерии образуют вокруг себя биопленку из внеклеточного полимерного матрикса, которая защищает их от противомикробных препаратов, ферментов и нейтрофилов. В статье, опубликованной в журнале Cell, группа ученых исследовала основной механизм и сообщила, что биопленка скрывает бактерии Pseudomonas от сенсорных нейронов у мышей, не позволяя сигналам доходить до мозга и уменьшая симптомы болезни. Эти результаты позволяют глубже понять, как бактерии, образующие биопленку, обходят канал связи между легкими и мозгом, что потенциально является решающей тактикой при хронических инфекциях.
Почти десять лет назад Элиз Грантон, ныне врач-иммунолог Университета Калгари и соавтор исследования, проверила действие P. aeruginosa в легких мышей используя два их штамма: тот, что образовывал биопленку, и тот, что не образовывал. «Мы думали, что все будет довольно просто», - рассказал Брайан Йипп, также врач-иммунолог из Университета Калгари и соавтор исследования. «Мы просто не могли установить точную причину, почему некоторые мыши болели без биопленки, а мыши с биопленкой совершенно не болели», - добавил он. Авторы знали, что нейтрофилы чувствуют бактерии как с биопленкой, так и без нее, поэтому они стали смотреть не только на иммунную систему. «Возможно, биопленка скрывает бактерии. Что же она может скрывать?», - задался вопросом Йипп.
Предыдущие исследования показали, что один из основных бактериальных токсинов, поверхностная молекула липополисахарида (ЛПС), вызывающая воспаление и другие симптомы, защищена компонентами биопленки. Чтобы понять, как воздействие ЛПС вызывает заболевание, исследователи изучили роль толл-подобного рецептора 4 (TLR4), рецептора ЛПС. Когда мышей, лишенных TLR4 в ноцицептивных сенсорных нейронах, заражали бактериями, не образующими биопленку, у них наблюдалось снижение гипотермии и общего уровня заболеваемости. Чтобы разобраться в этом вопросе, исследователи специально отключили TLR4 в ноцицептивных нейронах легких и подвергли клетки воздействию бактерий, не образующих биопленку. Мыши с неповрежденным TLR4 демонстрировали характерные симптомы заболевания, в то время как у мышей, лишенных этого рецептора, симптомы болезни были резко ослаблены.
Переломный момент наступил когда поняв, что сенсорные нейроны могут «видеть» бактерии, Йипп и его коллеги задумались о том, как это взаимодействие может посылать сигналы в мозг, чтобы вызвать изменения в поведении. В поисках ответов на свои вопросы они обратились к поведенческим нейробиологам из Университета Калгари. Мы спросили их: «Мы что, совсем спятили?». вспоминает Йипп. «И довольно быстро люди, которые занимаются реакциями на стресс и поведением, сказали, что это, скорее всего, гипоталамус и его нейроны. Для них это было совершенно логично!»
Авторы исследования заглянули в гипоталамус и увидели, что после обработки легких ЛПС у контрольных мышей активность проявляет большее количество нейронов кортикотропин-рилизинг-гормона (CRH) по сравнению с теми, у кого в нейронах отсутствовал TLR4. Нейроны CRH реагируют на стресс и соответствующим образом изменяют поведение. Блокирование активности нейронов CRH у мышей, обработанных небиопленочными бактериями, облегчило симптоматику заболевания.
Биопленка маскирует бактерии от обнаружения сенсорными нейронами легких, что приводит к ограничению заболевания (слева). В отсутствие биопленки сенсорные нервы легких обнаруживают бактерии через TLR4 и ЛПС и передают сигналы через блуждающий нерв в гипоталамус. Нейроны гипоталамуса активируются и высвобождают CRH, который опосредует фенотип заболевания (справа). Иллюстрация: Jesse Horne
«Мы только начинаем понимать, как мозг распознает наличие инфекций в организме. Самое интересное, что существует множество различных нейронов, способных распознавать разные типы патогенов и передавать сигналы в мозг, чтобы он почувствовал заболевание», - комментирует Стивен Либерлес, нейробиолог из Гарвардской медицинской школы, который не принимал участия в исследовании.
Участники исследования планируют изучать различные виды легочных инфекций и их взаимодействие с нервной и иммунной системами. «Мы начинаем мыслить совершенно по-другому. Как много неврологических процессов, ваше настроение и определенные патологические заболевания могут быть вызваны тем, что что-то попало в легкие и активировало нейронную систему», - говорит Йипп.
