Остановить распространенные бактерии, от которых ежегодно болеют миллионы людейОстановить распространенные бактерии, от которых ежегодно болеют миллионы людей
Campylobacter jejuni является наиболее распространенной причиной диареи во всем мире: около 140 миллионов случаев заболевания и более 30 000 смертей ежегодно, в основном у детей в возрасте до 5 лет.
Распространенными источниками Campylobacter jejuni является недостаточно термически обработанное мясо птицы, экскременты животных, включая птиц и коров, которые в конечном итоге загрязняют воду в водоемах. Хотя большинство заболевших выздоравливают в течение недели, часто без лечения антибиотиками, у других развивается синдром раздраженного кишечника, и эта бактерия также является наиболее распространенной причиной синдрома Гийена-Барре.
Подвижность - "волшебная пуля" Campylobacter, которая использует свои длинные, тонкие, гибкие жгутики, похожие на руки, чтобы маневрировать в густой слизи нашего желудочно-кишечного тракта, прокладывать себе путь внутрь клеток нашего кишечника, а затем в случае опасности заворачиваться в защитную биопленку, говорит Стюарт А. Томпсон, микробиолог из отделения инфекционных заболеваний Медицинского колледжа Джорджии. "Она очень хорошо передвигается не только благодаря жгутикам, но и благодаря спиральной форме самой клетки, поэтому она просто проходит через слизь", - объясняет Томпсон, издавая звук, имитирующий жужжание жгутиков.
По его словам, проворные жгутики, каждый из которых длиннее центрального тела бактерии, имеющего форму штопора, не просто двигаются, они помогают захватить и удержать клетку, которую бактерия стремится заразить. Эти необходимые "руки", адгезивные из-за своего естественного углеводного покрытия, также играют роль в создании биопленки, которая защищает бактерий от таких суровых условий, как недостаток пищи или избыток кислорода.
Исследователи хотят остановить эту всепроникающую бактерию с помощью безопасных молекул, которые можно вводить сразу же после появления признаков инфекции, таких как диарея и лихорадка, путем воздействия на элементы, обеспечивающие ее удивительную подвижность. Но сначала необходимо определить наилучшие точки воздействия. Они изучают фермент карбонилредуктазу (CbrR), так называемый регулятор ответа бактерии, который позволяет ей оценивать динамику окружающей среды и вносить необходимые для выживания изменения. Они также впервые рассматривают "второй мессенджер" - циклический ди-GMP, который фермент вырабатывает и использует для развития устойчивости к желчи - желчные соли являются мощным противомикробным средством - а также для подвижности/перемещения и формирования биопленки, и аминокислоты, участвующие в формировании белков жгутиков.
Томпсон и коллеги показали, что циклический ди-GMP вырабатывается CbrR и в прошлом году в журнале Microorganisms они сообщили, что при наличии CbrR затрудняется как подвижность, так и способность образовывать биопленку. Например, общая штопорообразная форма бактерии оставалась прежней, но длинные, тонкие, постоянно движущиеся жгутики исчезали. Оказалось, что CbrR является регулятором подвижности жгутиков. "Подвижность является важнейшим фактором вирулентности Campylobacter номер один. Она необходима для колонизации, для прикрепления к клеткам хозяина и вторжения, а также для образования биопленок", - говорит Томпсон.
Итак, CbrR - важная вещь для Campylobacter jejuni, потому что он производит циклический ди-GMP и потому что он может снизить подвижность, чтобы помочь бактерии выжить в суровой среде: прекратить много двигаться, сохранять силы и искать что-то поблизости - исследователи видели, как бактерия вытягивала крахмал из культуральной среды, в которой она находилась, - чтобы создать биопленку или укрыться под биопленкой других бактерий.
Ключом к осуществлению всех этих настроек и важнейшей функции движения являются аминокислоты, образующие белки, а изменения в аминокислотах могут привести к изменениям в структуре и функции белка. Хорошо известно, что бактерии используют процесс, называемый фосфорилированием, который является ключевым для регулирования многих клеточных процессов, для внесения изменений, необходимых для создания жгутика, - процесс строительства, похожий на добавление деталей Lego с нуля до полного завершения. Как и в случае с настоящим зданием, существует множество регуляторов, которые контролируют рост, в том числе останавливают его в нужный момент, и именно здесь становятся важными такие вещи, как негативный регулятор.
У ученых появились доказательства того, что аминокислоты серин и треонин, которые, как они обнаружили, присутствуют примерно в половине белков жгутиков, фосфорилируют, или модифицируют, белки, важные для подвижности в этом динамичном строительном процессе. Новое исследование позволило им узнать больше о том, как фосфорилирование серина и треонина изменяет белки бактерии и как это влияет на их подвижность, с целью найти наиболее прямую цель (цели) для вмешательства, например, блокирование фосфорилирования.
Томпсон и коллеги уже идентифицировали два пока еще безымянных белка, 0215 и 0862, известных тем, что они удаляют фосфаты из серина и треонина, и имеют некоторые доказательства того, что 0215 может участвовать как в добавлении, так и в удалении фосфатной группы. Они ищут другие, которые просто добавляют фосфаты в данном сценарии. "Этот вид добавления и вычитания важен, потому что, когда к белку что-то добавляется или отнимается, это может изменить то, что делает белок. Иногда это как переключатель "вкл/выкл", а иногда фосфорилирование изменяет белок, заставляя его делать что-то другое", - говорит Томпсон.
Хотя блокирование ключевых действий по выживанию Campylobacter не будет работать как вакцина, идея заключается в том, что если они смогут блокировать рост жгутиков, необходимых для движения бактерии, они смогут остановить ее развитие на ранних стадиях и бактерии станут более уязвимыми для естественного иммунного ответа и/или просто погибнут, поэтому инфекция будет незначительной и не сможет вызвать серьезного заболевания.
Изучался также полисахарид, который Campylobacter использует для создания биопленки, и то, как регуляторный белок CsrA помогает этому. Показано, что когда CsrA отсутствует, Campylobacter не могут хорошо двигаться, теряют способность к адгезии и формировании биопленки. Тем не менее, добавляет Томпсон, есть веские доказательства того, что ДНК бактерии присутствует в биопленке, но откуда берется полисахарид, основной компонент, остается неизвестным.
