От безобидных кожных бактерий до опасных патогенов
Staphylococcus epidermidisis - это в первую очередь безвредный микроб, встречающийся на коже человека. Однако некоторые штаммы этого вида могут вызывать инфекции - в катетерах, искусственных суставах, сердечных клапанах и в кровотоке - которые трудно поддаются лечению.
Эти бактерии часто резистентны в особенности к метициллину, и являются одними из самых опасных возбудителей инфекций в больницах. Как эти обычно безобидные кожные микробы становятся смертельно опасными патогенами, до сих пор было неясно.
Международная исследовательская группа обнаружила, что отличает мирные S. epidermidis от множества опасных бактерий-захватчиков. Ученые выявили новый кластер генов, который позволяет более агрессивным бактериям создавать дополнительные структуры в своих клеточных стенках. Это морфологическое изменение позволяет стафилококкам легче прикрепляться к клеткам человека, формирующим кровеносные сосуды, и таким образом они могут сохраняться в кровотоке и становиться патогенами. Эти новые структуры клеточной стенки могут также способствовать распространению резистентности к метициллину, передавая ее, например, от Staphylococcus epidermidis к его более опасному родственнику Staphylococcus aureus.
Исследование проводилось под руководством ученых кластера "Контроль микробов для борьбы с инфекциями" (CMFI) Тюбингенского университета и Немецкого центра исследования инфекций (DZIF) в сотрудничестве с университетами Копенгагена, Гамбурга, Шанхая и Ганновера, а также Немецким центром исследования легких (DZL) в Борстеле. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Microbiology.
Значительная часть клеточных стенок стафилококков - как и других грамположительных бактерий - состоит из тейхоевых кислот. Эти полимеры, похожие на цепочки, покрывают поверхность бактерий. Их химическая структура варьирует в зависимости от вида. "В ходе нашего исследования мы установили, что многие патогенные штаммы S. epidermidis имеют дополнительный кластер генов, содержащий информацию для синтеза тейхоевых кислот стенки, которые на самом деле характерны для S. aureus", - говорит соавтор исследования Синь Ду.
Она добавляет, что эксперименты показали, что S. epidermidis, в стенках которых присутствуют только видоспецифичные тейхоевые кислоты, не очень инвазивны, колонизируя поверхности кожи и слизистых оболочек. Если же в стенке присутствуют тейхоевые кислоты, характерные для S. aureus, объясняет Синь Ду, они не могут эффективно прикрепляться к этим поверхностям. Вместо этого они с большим успехом проникают в ткани своего хозяина. "В какой-то момент несколько клонов S. epidermidis приобрели соответствующие гены S. aureus и в результате стали опасными патогенами", - говорит соавтор работы Андреас Пешель.
Давно известно, что бактерии могут обмениваться генетическим материалом посредством переноса генов. Так например, осуществляют этот перенос бактериофаги. В основном это происходит в пределах одного вида и требует сходных поверхностных структур, с которыми связываются бактериофаги.
"Различные структуры клеточной стенки обычно препятствуют переносу генов между S. epidermidis и S. aureus. Но в штаммах S. epidermidis, которые также могут вырабатывать тейхоевые кислоты стенки S. aureus, этот тип переноса генов неожиданно становится возможным между различными видами", - объясняет Пешель.
Это объясняет, продолжает он, как S. epidermidis может передавать резистентность к метициллину еще более опасным - а затем и резистентным к метициллину - S. aureus. Новые результаты являются важным шагом, говорит Пешель, к разработке более эффективных методов лечения или вакцинации против таких опасных патогенов, как S. epidermidis ST 23, который известен уже пятнадцать лет и относится к группе HA-MRSE (health-associated methicillin-resistant S. epidermidis).
Xin Du et al. Клоны Staphylococcus epidermidis экспрессируют тейхоевую кислоту стенки типа Staphylococcus aureus для перехода от комменсального к патогенному образу жизни (аннотация).
Большинство клональных линий Staphylococcus epidermidis являются комменсалами, присутствующими на коже человека и на слизистых носа. Однако некоторые глобально распространяющиеся клоны S. epidermidis, ассоциированные со сферой здравоохранения и резистентные к метициллину (HA-MRSE), являются основными причинами трудно поддающихся лечению инфекций имплантатов или кровотока. Молекулярные детерминанты, изменяющие образ жизни S. epidermidis, остаются неустановленными, и их идентификация может стать терапевтической целью. Мы предположили, что изменения в полимерах тейхоевой кислоты стенки (WTA) S. epidermidis, которые потенциально определяют взаимодействие с хозяином, могут быть связаны с различиями между колонизацией и инфекционной способностью различных клонов.
Мы использовали комбинированный эпидемиологический и функциональный подход, чтобы показать, что в то время как комменсальные клоны экспрессируют полиглицеролфосфат WTA, S. epidermidis multilocus sequence type 23, который появился за последние 15 лет и является одним из основных клонов, вызывающих инфекцию HA-MRSE, содержит вспомогательный генетический элемент tarIJLM, который приводит к производству второго, Staphylococcus aureus-типа WTA (поли-рибитолфосфат (RboP)). Производство RboP-WTA S. epidermidis нарушает колонизацию in vivo, но увеличивает адгезию к эндотелию и летальность хозяина в модели сепсиса у мышей.
tarIJLM отсутствовал у комменсалов человека, но был обнаружен в нескольких других клонах HA-MRSE. Более того, RboP-WTA позволил S. epidermidis обмениваться ДНК с S. aureus через сифовирусные бактериофаги, тем самым создавая возможный путь для межвидового обмена метициллинорезистентностью, вирулентностью и колонизационными факторами.
Мы пришли к выводу, что tarIJLM изменяет образ жизни S. epidermidis с комменсального на патогенный и предполагаем, что RboP-WTA может быть надежной мишенью для профилактических и терапевтических вмешательств против инфекций MRSE.
