Эпидемия. Пандемия. Эти термины стали для нас привычными, встречаются в повседневном разговоре, и не зря - COVID-19 является пандемией, представляющей угрозу для человечества. Но в последние месяцы гораздо меньше внимания уделяется другой широко распространенной проблеме, которая увеличивается с конца 1970-х годов - болезни Лайма.
Брэндон Ютрас из Virginia Tech и его сотрудники недавно обнаружили еще одну недостающую часть головоломки болезни Лайма.
"Это открытие углубляет наше понимание того, как Borrelia burgdorferi вызывает заболевание", - говорит Мари Дэвис, ведущий автор статьи. "Оно свидетельствует о том, насколько уникальна эта бактерия, и о том, что нам необходимо продолжать работу, чтобы лучше понять, что происходит за кулисами и разработать в методы диагностики и лечения". Результаты исследования были недавно опубликованы в PLOS Pathogens, рецензируемом медицинском журнале с открытым доступом.
Почти все бактерии, включая бактерию, вызывающую болезнь Лайма, имеют что-то типа внутреннего сетчатого мешочка, чтобы защитить внутреннюю оболочку своих стенок. Этот компонент клеточной стенки известен как пептидогликан. В 2019 году Ютрас идентифицировал пептидогликан Borrelia burgdorferi, как вероятного виновника воспаления и артрита Лайма, наиболее распространенного симптома поздней стадии болезни Лайма.
Предыдущие исследования Ютраса показали, что пептидогликан у Borrelia burgdorferi выявляется в организме пациентов с артритом Лайма. От нескольких недель до нескольких месяцев после первоначального инфицирования пептидогликан вызывает воспаление и болевой синдром. В последнем исследовании, лаборатория обнаружила белок, связанный с пептидогликаном Borrelia burgdorferi, и который играет роль усилителя в возникновении воспаления у пациентов с артритом Лайма, действуя как молекулярный маяк, который антагонизирует иммунную систему пациентов.
Используя протеомику и масс-спектрометрию, исследователи идентифицировали этот белок, названный NapA (Neutrophil Attracting Protein A). NapA является замечательной иммуномодулирующей молекулой, которая способна привлекать нейтрофилы к пептидогликану. "NapA - это еще один кусочек постоянно меняющейся головоломки; похоже, что он играет основную роль в повседневной жизни бактерий, помогая протективным свойствам пептидогликана, но в то же время он работает как хитроумный белок, способный обмануть нашу иммунную систему", - говорит Ютрас.
"Коварство NapA осуществляется двумя способами: на ранних стадиях инфекции, когда бактерии умирают и высвобождают NapA и пептидогликан, он действует как приманка для привлечения иммунных клеток, что позволяет еще жизнеспособным бактериям спастись. На более поздних стадиях болезни он может действовать для привлечения иммунных клеток к пептидогликану - молекуле, способной вызвать воспаление и артрит", - говорит Ютрас.
Чтобы определить, как NapA привлекает нейтрофилы, Ютрас обратился к Кэролайн Джонс, чья лаборатория специализируется на изучении хемоаттракции нейтрофилов. Джонс поместила нейтрофилы в центр микрофлюидного чипа, который представляет собой лабиринт, по которому блуждают клетки. На одной из сторон чипа находился чистый пептидогликан, на другой - пептидогликан с NapA. Джонс и Ютрас показали, что нейтрофилы быстро мигрируют в сторону с NapA, доказывая, что белок способен подавать химические сигналы, которые привлекают нейтрофилы в его направлении.
"С точки зрения профилактики и диагностики, возможно, что сочетание пептидогликана и NapA может стать новой мишенью для диагностики", - говорит Ютрас. "Теоретически, это может стать возможным направлением для разработки вакцины. Это большие возможности, которые мы активно изучаем. Одно мы знаем наверняка: этот результат углубляет наше понимание того, как пептидогликан может вызывать симптомы Лайм-артрита у пациентов".
Marisela M. Davis et al. Пептидогликан-ассоциированный белок NapA играет важную роль в целостности оболочки спирохет и в патогенезе болезни Лайма (аннотация).
Бактериальный патоген, вызывающий болезнь Лайма, Borrelia burgdorferi, является атипичной грамотрицательной спирохетой, которая передается человеку через укус инфицированного иксодового клеща. Пептидогликан (ПГ) находится между внутренней и внешней мембраной клеточной оболочки. У многих других грамотрицательных бактерий ПГ связан с белком (белками), которые обеспечивают структурную целостность слоев оболочки.
В данном исследовании мы приводим доказательства существования пептидогликан-ассоциированного белка (PAP) у B. burgdorferi. Используя беспристрастный подход к протеомике, мы идентифицировали нейтрофил-привлекающий белок A (NapA) как PAP. Интересно, что NapA является гомологом Dps, который обычно функционирует для связывания и защиты клеточной ДНК от повреждения во время стресса. Хотя известно, что NapA B. burgdorferi участвует в реакции окислительного стресса, в нем отсутствуют критические фрагменты, необходимые для связывания ДНК.
Биохимические и клеточные исследования показывают, что NapA локализован в периплазме B. burgdorferi и действительно является PAP. Криоэлектронная микроскопия показывает, что мутантные бактерии, не способные продуцировать NapA, имеют структурные аномалии. Дефекты целостности клеточной стенки влияют на скорость роста и приводят к тому, что napA-мутант более восприимчив к осмотическим и ПГ-специфическим стрессам. ПГ, связанный с NapA, секретируется в везикулах наружной мембраны и увеличивает продукцию IL-17 по сравнению с одним только ПГ. Используя микрофлюидику, мы продемонстрировали, что NapA действует как молекулярный маяк, усиливая патогенные свойства ПГ B. burgdorferi.
Эти исследования углубили наше понимание клеточной оболочки B. burgdorferi, предоставили важную информацию, лежащую в основе патогенеза, и показали, как высококонсервативный бактериальный белок может эволюционировать, сохраняя при этом биологическую функцию.
