microbius
РОССИЙСКИЙ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЙ ПОРТАЛ
Поиск
rss

ООО "АЛИФАКС"

ИНН 7718314415

ID 2Vtzqx7tLnC

Реклама

ООО "АЛИФАКС"

ИНН 7718314415

ID 2VtzqwzYS9e

Реклама

ООО "АЛИФАКС"

ИНН 7718314415

ID 2VtzqvtsLHv

Реклама

Первое инфицирование человеческих клеток во время космического полета
Первое инфицирование человеческих клеток во время космического полета

Автор/авторы:
share
70
backnext

Ученые описали инфицирование человеческих клеток Salmonella typhimurium во время космического полета. 

   Они показывают, как микрогравитационная среда космического полета изменяет молекулярный профиль клеток кишечника человека и как эти экспрессионные паттерны в дальнейшем меняются в ответ на инфекцию. Исследователи также смогли обнаружить молекулярные изменения бактериального патогена, находящегося внутри инфицированных клеток хозяина.

   Из-за исключительных условий космических полетов космонавты сталкиваются со многими вызовами своему здоровью. Среди них - различные инфекционные агенты, способные атаковать их подавленную иммунную систему.

   В первом исследовании такого рода, Шерил Никерсон, ведущий автор и ее коллеги описывают инфицирование клеток человека Salmonella typhimurium во время космического полета. Они показывают, как микрогравитационная среда космического полета изменяет молекулярный профиль клеток кишечника человека и как эти экспрессионные паттерны в дальнейшем меняются в ответ на инфекцию. В другом исследовании также удалось обнаружить молекулярные изменения бактериального патогена, находящегося внутри инфицированных клеток хозяина. Полученные результаты позволяют по-новому взглянуть на процесс инфицирования и могут привести к появлению новых методов борьбы с инвазивными патогенными микроорганизмами во время космических полетов и в менее экзотических условиях здесь на Земле.
   Результаты их работы представлены в текущем выпуске журнала npj Microgravity.

   В ходе исследования на борту космического корабля Спейс шаттл STS-131 были выращены эпителиальные клетки кишечника человека, в которых культуры либо были инфицированы сальмонеллой, либо оставались неинфицированными в качестве контрольной группы.

Исследование выявило глобальные нарушения в РНК и экспрессии белков, а также в экспрессии РНК в бактериальных клетках в сравнении с земными контрольными образцами и подтвердило ранее сделанные группой выводы о том, что космический полет может усилить потенциал инфекционных заболеваний.

   Никерсон и Баррила, исследователи Центра биодизайна, фундаментальной и прикладной микробиомики, вместе со своими коллегами, использовали космический полет в качестве уникального экспериментального инструмента для изучения того, как изменения микрогравитационной среды могут изменять реакцию как хозяина, так и патогена в период инфекции. В более ранней серии исследований ученые продемонстрировали, что среда космических полетов может усиливать болезнетворные свойства или вирулентность патогенных организмов, таких как Salmonella, в сравнении с условиями, когда тот же организм культивировался в обычных лабораторных условиях. Это позволило получить сведения о глубинных механизмах, лежащих в основе повышенной вирулентности, и о том, как ее можно обуздать или устранить.

   Однако эти исследования проводились тогда, когда в космическом полете только культивировалась сальмонелла, а инфекции - когда бактерии возвращались на Землю.
"Мы ценим возможность, которую NASA предоставило нашей команде для изучения всего процесса инфицирования в космическом полете, что позволяет по-новому взглянуть на механобиологию инфекционных заболеваний, которую можно использовать для защиты здоровья астронавтов и снижения риска инфекционных заболеваний", - говорит Никерсон о новом исследовании. "Это становится все более важным по мере того, как мы переходим к более длительным космическим миссиям".

   По данным CDC, штаммы сальмонелл продолжают опустошать общество, вызывая около 1,35 миллиона инфекций пищевого происхождения, 26 500 госпитализаций и 420 смертей в США ежегодно. Инфекционный процесс при сальмонеллезе представляет собой динамический "танец" между хозяином и бактерией, его ритм продиктован биологическими и физическими факторами окружающей ткани среды. Несмотря на десятилетия интенсивных исследований, ученым еще предстоит многое узнать о тонкостях патогенной инфекции человеческих клеток. Инвазивные бактерии, такие как Salmonella, разработали сложные контрмеры, позволяющие им процветать во враждебных условиях желудка и кишечника, что делает их высокоэффективными возбудителями болезней.

   Этот вопрос вызывает особую обеспокоенность у астронавтов во время космических полетов. Их иммунная система и функция желудочно-кишечного тракта меняются под влиянием космических условий, в то время как воздействие малой гравитации и других переменных среды космического полета может усилить болезнетворные свойства бактерий. Такое сочетание факторов создает особый риск для космических путешественников, работающих на высоте сотен миль над Землей - вдали от больниц и соответствующего медицинского обслуживания.
По мере развития технологий ожидается, что космические путешествия будут становиться все более частыми - для исследования космоса, исследований в области наук о жизни и даже в качестве досуга (для тех, кто может себе это позволить).

   В данном исследовании эпителиальные клетки кишечника человека - основной мишени сальмонелл - были инфицированы сальмонеллой во время космического полета. Исследователи были заинтересованы в изучении того, как космос влияет на транскрипцию человеческой и бактериальной ДНК в РНК, а также на экспрессию набора человеческих белков, полученных на основе РНК-кода, продуктов процесса, известного как трансляция.

   Исследования включали тщательное изучение транскрипционных профилей как патогенной сальмонеллы, так и клеток человека, которые они атакуют, а также профилей экспрессии белков в клетках человека для измерения влияния среды космического полета на динамику взаимоотношений патоген-хозяин.
Для этого исследователи использовали революционный метод, известный как двойной RNA-Seq, технологию глубокого секвенирования для оценки поведения хозяина и патогена в условиях микрогравитации в процессе инфицирования и сравнили его с предыдущими экспериментами, проведенными командой на борту Спейс шаттл. Данные о хозяине и патогенах, полученные в ходе экспериментов в космосе, сравнивались с данными, полученными при выращивании клеток на Земле в идентичных аппаратных и культуральных условиях (например, среда, температура).

   Более ранние исследования Никерсон и коллег показали, что выращенные на земле культуры сальмонелл, в космосе продемонстрировали глобальные изменения в транскрипционной и протеомной экспрессии, повышенную вирулентность и повышенную стрессоустойчивость - результаты, аналогичные тем, которые были получены в ходе их экспериментов на кораблях Спейс шаттл STS-115 и STS-123. Однако эти предыдущие исследования в космосе проводились тогда, когда в космическом полете выращивалась только сальмонелла, а процесс инфицирования - когда бактерии возвращались на Землю.
   В новом исследовании, напротив, впервые исследовалась культура человеческих клеток инфицированных патогеном во время космического полета, что открывает уникальное окно в процесс инфицирования. Эксперимент, получивший название STL-IMMUNE, был частью модуля культуры клеток, перевозившегося на борту STS-131, одного из последних четырех Спейс шаттлов.

   Эпителиальные клетки кишечника человека отправлялись в космос (и параллельно поддерживались в лаборатории космического центра им. Кеннеди для наземного контроля) в трехмерных (3-D) системах культивирования тканей, называемых половолоконными биореакторами. Каждый из них содержал сотни крошечных пористых волокон, покрытых коллагеном, на поверхность которых прикреплялись и росли клетки кишечника. Эти биореакторы поддерживались в Модуле Культуры Клеток - автоматизированной аппаратной системе, которая прокачивала теплую, насыщенную кислородом клеточную культуральную среду через волокна, чтобы поддерживать клетки в здоровом состоянии, пока они не будут готовы к инфицированию сальмонеллой. Оказавшись на орбите, астронавты на борту STS-131 активировали аппаратуру. Через одиннадцать дней клетки S. typhimurium были автоматически введены в половолоконные биореакторы, где они столкнулись со своей мишенью - слоем эпителиальных клеток человека.

РНК-Seq и протеомные профили показали значительные различия между неинфицированными культурами эпителия кишечника в космосе и на Земле. Эти изменения коснулись основных белков, важных для структуры клеток, а также генов, важных для поддержания кишечного эпителиального барьера, дифференцировки клеток, пролиферации, заживления ран и рака. На основании их профилей неинфицированные клетки, подвергшиеся пребыванию в космосе, могут демонстрировать пониженную способность к пролиферации по сравнению с наземными контрольными культурами.

   Эпителиальные клетки кишечника человека действуют как дозорные врожденной иммунной функции. Результаты эксперимента показали, что космический полет может привести к глобальным изменениям транскриптома и протеома эпителиальных клеток человека, как инфицированных, так и не инфицированных.

   В ходе космического полета в ответ на инфекцию в клетках кишечника были изменены 27 транскриптомов РНК, что еще раз подтвердило уникальное влияние среды космического полета на взаимодействие хозяина и патогена. Исследователи также наблюдали 35 транскриптов, которые обычно изменялись как в клетках космического, так и наземного базирования, при этом 28 генов регулировались схожим образом.

   Эти результаты подтвердили, что есть подмножество биосигнатур инфекций, которые происходят на Земле, и они также происходят во время космического полета. По сравнению с неинфицированными контролями, инфицированные клетки в обеих средах демонстрировали генную регуляцию, связанную с воспалением, что является характерным эффектом инфицирования сальмонеллой. Транскрипты бактерий также были одновременно обнаружены в инфицированных клетках хозяев и указывали на регуляцию генов, связанных с патогенезом, в том числе антибиотикорезистентностью и стрессовыми реакциями.

   Полученные результаты помогают проложить путь к повышению эффективности усилий по охране здоровья астронавтов, возможно, за счет использования пищевых добавок или пробиотических средств. Текущие исследования такого рода, которые будут проводиться на борту Международной космической станции и в других местах обитания в космосе, должны еще больше пролить свет на многие тайны, связанные с патогенными инфекциями и широким спектром заболеваний человека.

   "До того, как мы начали это исследование, у нас были обширные данные, показывающие, что космический полет полностью перепрограммировал сальмонелл на всех уровнях, для того чтобы они могли  превратиться в суперпатогенов", - говорит Баррила. 

   " Кроме того, мы знали, что космический полет также повлиял на некоторые важные структурные и функциональные особенности человеческих клеток, которые сальмонелла обычно эксплуатирует во время инфекций на Земле. Однако не было данных, показывающих, что произойдет, когда эти клети встретятся в микрогравитационной среде. Наше исследование показывает, что в молекулярном ландшафте эпителия кишечника происходят довольно большие изменения в ответ на космическую среду и этот глобальный ландшафт, по-видимому, еще больше меняется во время инфицирования сальмонеллой".

Источник:

 ScienceDaily, 9 March 2021

Вам также может быть интересно
Комментариев: 0
Узнайте о новостях и событиях микробиологии
Первыми получайте новости и информацию о событиях
up