Псевдомонадные инфекции трудно поддаются лечению, но новое исследование выявило химическое вещество, которое они используют для подавления макрофагов, что позволяет найти новые терапевтические пути.
Бактерия Pseudomonas aeruginosa, обитающая в пресной воде, горячих ваннах и бассейнах, при попадании в организм человека может вызывать слепоту, сыпь и целый ряд других симптомов. Часто являясь внутрибольничным патогеном, она, как правило, инфицирует людей с ожогами или ослабленным иммунитетом. Она эволюционировала, чтобы противостоять множеству антибиотиков и противодействовать иммунной системе, что делает ее трудноизлечимой.
В недавней публикации в журнале eLife молекулярные микробиологи Гарвардского университета Лоуренс Рахме и Ариджит Чакраборти обнаружили, что эти бактерии выделяют химическое вещество, которое подавляет выработку энергии в митохондриях макрофагов, тем самым гася иммунный ответ. Эта работа выявила новую тактику, которую использует P. aeruginosa для подрыва иммунитета хозяина, и обозначила новый подход к лечению этой неподатливой инфекции.
Одно из химических веществ, вырабатываемых Pseudomonas, называемое 2-аминоацетофенон (2-AA), является полезным биомаркером инфекции Pseudomonas в клинике, но многие его функции, включая влияние на клетки врожденного иммунитета, остаются неизученными. Ранее гарвардские ученые обнаружили, что в присутствии 2-AA макрофаги не поглощают и не уничтожают P. aeruginosa, что является энергоемким процессом. В настоящем исследовании они изучили, какие механизмы может использовать 2-AA для вмешательства в функции макрофагов, сосредоточившись на том, как эта молекула снижает биоэнергетику макрофагов.
Авторы исследования обнаружили, что лабораторные культуры мышиных макрофагов, инокулированные 2-АА, производят меньше аденозинтрифосфата (АТФ) - молекулы, которую клетки используют в качестве «энергетической валюты» для обеспечения требующих энергии биохимических реакций. Это подтвердило их подозрение, что 2-АА снижает производство энергии в клетке. Однако АТФ вырабатывается многими путями. Поскольку некоторые механизмы вырабатывают больше АТФ, чем другие, для определения масштабов воздействия 2-AA необходимо было выявить тот, который блокирует 2-AA.
Существует два основных пути, которые используют клетки для преобразования глюкозы в энергию. Первый - гликолиз, который происходит в цитоплазме и производит две молекулы АТФ на одну молекулу глюкозы. Пируват, продукт распада гликолиза, затем поступает в митохондрии, где он служит топливом для других процессов генерации энергии, а именно цикла Кребса и окислительного фосфорилирования. Они производят примерно 30 дополнительных копий АТФ. Поскольку только окислительное фосфорилирование потребляет кислород, исследователи провели анализ по методу Seahorse, чтобы измерить поглощение кислорода клетками с помощью зонда, который флуоресцирует в присутствии молекулы этого газа. Потребление кислорода в клетках, подвергшихся воздействию 2-AA, снизилось, что свидетельствует о нарушении более выгодного пути генерирования энергии. Они также измерили уровень пирувата в клетке. Присутствие 2-АА коррелировало с более высоким уровнем пирувата в цитоплазме, что указывало на то, что пируват не мог попасть в митохондрии. «А значит, у нас нет ожидаемого производства энергии», - пояснила Рахме.
Поскольку эксперименты in vitro не отражают всей сложности иммунной системы, Рахме и ее коллеги попытались подтвердить эти выводы на живых животных. Они инфицировали мышей либо диким типом P. aeruginosa, либо мутантом, у которого отсутствовал регулятор множественных факторов вирулентности (MvfR) - транскрипционный фактор, необходимый для экспрессии ферментов, синтезирующих 2-AA. В селезенке - органе, изобилующем иммунными клетками, - уровень АТФ снизился в течение 24 часов у мышей, инфицированных бактериями дикого типа, но не у мышей, получивших мутант, лишенный 2-AA. Они наблюдали падение уровня ацетил-кофактора А, продукта распада пирувата, образующегося после его попадания в митохондрии, что подтверждает, что снижение уровня АТФ было вызвано остановкой путей генерации энергии. Они также оценили влияние 2-АА на бактериальную нагрузку в селезенке: к 10-му дню мышам было легче уничтожить бактерии в отсутствие этого вещества.
Поскольку бактерии Pseudomonas становятся все более резистентными к антибиотикам, исследователям необходимо разрабатывать различные виды терапии для их лечения. Микробиолог Кайен Вадаккан, не принимавший участия в работе, предположил, что 2-AA может послужить новым «яблочком», в которое можно нацелить лекарственные препараты. «Мы можем дополнить нашу иммунную систему», - говорит он, предполагая, что лекарства, блокирующие действие 2-АА, могут дать макрофагам толчок к развитию. Лаборатория Рахме работает над этим терапевтическим подходом. «Мы очень рады, потому что ингибитор MvfR, который мы разработали, работает довольно хорошо», - сказала она, ссылаясь на дальнейшие исследования, не включенные в данную публикацию. Однако необходимо провести дополнительные исследования для оценки его эффективности и безопасности, прежде чем его можно будет использовать в клинике.
Помимо блокирования 2-АА для борьбы с бактериями, исследователи теоретически могут использовать его для предотвращения аутоиммунных заболеваний. При некоторых заболеваниях, таких как ревматоидный артрит и волчанка, чрезмерно активные макрофаги усиливают воспаление. «2-АА - это молекула, которая по своей природе является противовоспалительной», - поясняет Чакраборти, предполагая, что у нее может быть потенциал в качестве иммуносупрессивного препарата.
