Мутации позволяют сальмонеллам стать долгожителями
Генетические изменения ослабляют вирулентность сальмонелл, потенциально позволяя бактериям вызывать хронические инфекции у людей.
Заболевания, передающиеся с пищей, являются серьезным бременем для общественного здравоохранения, от них ежегодно только в США страдают почти 50 миллионов человек. Среди пяти основных микроорганизмов, вызывающих заболевание людей при употреблении зараженной пищи, - нетифоидные серовары (NTS) Salmonella. У большинства людей, зараженных этими бактериями, желудочно-кишечные симптомы проходят через несколько дней, но другие могут стать носителями NTS на длительный срок.
Недавно международная группа исследователей попыталась лучше понять адаптацию, которой подвергаются Salmonella NTS, чтобы закрепиться в организме человека. Они обнаружили мутации в генах гистидин-протеинкиназы сигнальной трансдукции (barA) и регулятора ответа (sirA), которые контролируют экспрессию факторов вирулентности, у пациентов, инфицированных различными сероварами сальмонелл. Эти мутанты barA/sirA снижают регуляцию генов иммунного ответа в клетках хозяина и демонстрируют ослабленную вирулентность и способность к длительному инфицированию в мышиных моделях. Результаты исследования, опубликованные в журнале Cell Host & Microbe, свидетельствуют о генетических изменениях, которые могут позволить NTS вызывать хронические инфекции у людей.
«Стойкие инфекции, вызываемые нетифоидными сальмонеллами, у людей изучены недостаточно», - считает Мануэла Раффателлу, исследователь взаимодействия хозяина и патогена из Калифорнийского университета, которая не принимала участия в исследовании. «Они обнаружили некоторые закономерности, которые потенциально важны для понимания того, как сальмонелла ведет себя в организме хозяина».
Чтобы раскрыть хитрости сальмонеллы, Эшли Эрл, микробиолог из Института Броуда, объединилась с Охадом Галь-Мором, молекулярным микробиологом из Тель-Авивского университета, который изучает патогенез сальмонеллеза. В Израиле сальмонеллез является регистрируемым заболеванием, а это значит, что медицинские работники обязаны сообщать в государственные органы здравоохранения, если у них выявлен больной. На протяжении почти двух десятилетий бактериальные изоляты собирались у пациентов и отправлялись в национальное хранилище. «У нашего соавтора был особый доступ к этому хранилищу», - объясняет Эрл. «Это открыло для нас возможность подумать о том, что мы можем сделать с этой удивительной коллекцией и как она может быть полезна для ответа на давние вопросы о том, как бактерии адаптируются во время хронической инфекции».
Предыдущая работа группы Гал-Мора показала, что 2,2% всех случаев NTS в Израиле за 17-летний период были длительными инфекциями, продолжавшимися 30 дней и более. Проведя геномное секвенирование бактериальных изолятов 11 хронически инфицированных пациентов, исследователи обнаружили мутации в регуляторных генах вирулентности, но не смогли выявить консервативных закономерностей у разных пациентов.
В новом исследовании Эрл, Гал-Мор и их коллеги провели полногеномное секвенирование бактериальных изолятов от 256 израильских пациентов с хроническим сальмонеллезом. Чтобы выявить мутации, позволяющие NTS сохраняться, ученые исследовали изоляты от одного и того же пациента, сравнивая первый образец, взятый при постановке диагноза (ранний), с последующим изолятом, собранным не менее чем через 30 дней после первого (поздний). Они выявили 49 сероваров, которые могут вызывать персистирующий сальмонеллез. При более внимательном изучении поздних изолятов выяснилось, что наиболее часто встречаются мутации barA и sirA. «Когда мы обнаружили эти мутации в BarA/sirA, мы подумали, что это очень интересный механизм, который может быть затронут во время персистенции», - рассказывает Эрл.
BarA и SirA образуют двухкомпонентную регуляторную систему, которая контролирует экспрессию генов вирулентности, в том числе генов расположенных на острове патогенности Salmonella 1 (SPI-1). Чтобы проверить, могут ли мутации в barA и sirA повлиять на ответ хозяина на бактерии, группа инфицировала макрофаги мышей штаммами Salmonella дикого типа или изогенными штаммами, несущими мутацию barA или sirA, выявленную у пациентов. Мутации barA и sirA вызывали снижение регуляции генов, участвующих в иммунном ответе, что указывает на то, что эти приобретенные генетические изменения могут влиять на реакцию хозяина на NTS.
Затем исследователи попытались определить влияние этих мутаций на вирулентность сальмонелл in vivo. Они заразили мышей равными количествами помеченных бактерий из ранних и поздних изолятов одного пациента. Через четыре дня после инфицирования они выделили бактерии из разных органов мышей и подсчитали относительную бактериальную нагрузку каждого из изолятов. «В каждом случае ранний изолят был более вирулентным, чем поздний, который имел мутацию barA или sirA», - говорит Эрл, предполагая, что эти мутации привели к ослаблению вирулентности в модели острой инфекции.
Чтобы оценить, могут ли эти менее вирулентные сальмонеллы поддерживать инфекцию, ученые вводили мышам мутанты barA/sirA или штамм дикого типа, ранее использовавшийся в качестве модели персистенции сальмонелл, и анализировали присутствие бактерий в органах желудочно-кишечного тракта, а также в стуле мышей в течение 21 дня. В более поздние сроки исследователи обнаружили мутанты barA/sirA в различных органах и наблюдали сопоставимый уровень выделения с диким штаммом, что говорит о том, что эти менее вирулентные бактерии могут вызывать длительные инфекции.
Хотя выделение бактерий является показателем успешной передачи инфекции, еще предстоит выяснить, могут ли эти мутанты действительно заразить другого хозяина, отметила Дениз Монак, исследователь взаимодействия микроба и хозяина из Стэнфордского университета, которая не принимала участия в исследовании. И Монак, и Раффателлу интересуют факторы, которые делают эти бактерии менее вирулентными при постоянных инфекциях. По словам Раффателлу, дальнейший анализ иммунных реакций хронически инфицированных пациентов может раскрыть некоторые из этих факторов. Монак также отметил, что изучение ниш, в которых находятся эти бактерии в кишечнике, может выявить различия, способствующие эволюции бактерий. «Большинство из нас не заражаются этими нетифоидными сальмонеллами», - говорит Монак. «Значит, есть что-то со стороны хозяина, что влияет на это».
