Новости

Недавно обнаруженный белок помогает бактериям распознавать гормоны стресса в человеческом организме и направлять их движение в организме хозяина.    У людей и животных катехоламины, такие как эпинефрин, норэпинефрин и дофамин, являются распространенными гормонами стресса. Стресс может повысить восприимчивость организма к бактериальным инфекциям. В лабораторных условиях гормоны стресса стимулируют рост различных патогенных микроорганизмов. Это было обнаружено у Salmonella (Salmonella enterica серовар Typhimurium) и других кишечных бактерий, Escherichia coli и возбудителя холеры, Vibrio cholerae. Кроме того, эпинефрин и норэпинефрин облегчают бактериям инфицирование клеток организма. Эти гормоны также влияют на биосинтез факторов вирулентности, которые позволяют патогенам прилипать к клеткам, проникать в них и разрушать.    "Поэтому мы подозревали, что некоторые бактерии используют эти гормоны в качестве сигналов для распознавания среды эукариотического хозяина", - говорит микробиолог Кирстен Юнг. "Но молекулярная основа была неизвестна". Вместе с профессором Стефаном А. Зибером из Мюнхенского технического университета и другими исследователями Юнг определила место связывания эпинефрина и производного эпинефрина фенилэфрина в бактерии Vibrio campbellii. Как сообщают авторы в журнале PNAS, мишенью обеих молекул является белок CheW.     "Биологическое значение механизма заключается в том, что бактерии распознают, например, что они больше не в морской воде, а в кишечнике хозяина", - объясняет Юнг. "Мы хотели узнать, как бактерии распознают катехоламины в качестве сигнальных молекул", - объясняет Юнг. "Какие рецепторы контролируют этот процесс?". Ее эксперименты состояли из нескольких отдельных этапов.    Для исследования ученые разработали метод химической модификации эпинефрина и фенилэфрина, чтобы исследователи могли напрямую выделять комплексы из катехоламинов и связанных с ними бактериальных белков. Необходимым условием экспериментов было то, чтобы новые соединения не обладали биологическими характеристиками, которых не было у немодифицированных молекул. Группа Юнг провела лабораторные эксперименты, чтобы продемонстрировать, что это действительно так. Эпинефрин связывает железо, а производное эпинефрина - фенилэфрин - нет. Выбирая соединения, исследователи намеревались исключить эффекты, возникающие при лучшем снабжении бактерий железом.    Юнг и Зибер работали с Vibrio campbellii в качестве модельного организма. Эта морская бактерия инфицирует рыб, креветок, кальмаров и многих других морских беспозвоночных. Они добавили Vibrio campbellii к химически модифицированным катехоламинам и лизировали клетки. Затем они извлекли из лизата все белки, с которыми связалась молекула, и охарактеризовали их с помощью протеомного анализа. Это привело к особому обогащению растворимого белка хемотаксиса CheW.    Затем группа Юнг выделила белок CheW непосредственно из бактерий, очистила его и измерила его аффинность к катехоламинам. В процессе работы исследователи обнаружили нечто удивительное: гормоны связываются не с самими хеморецепторами, как предполагалось изначально, а с соединительным белком CheW, который находится между рецепторами и каскадом передачи сигнала. Вся эта система восприятия стимулов управляет движением бактерии в химическом градиенте.    "Наше исследование дает новое представление о коммуникации бактерий с их хозяином", - резюмирует Юнг. "Мы смогли показать, что плавательное поведение бактерий модифицируется гормонами хозяина, которые контролируются CheW".  Подвижность, и в частности направленная подвижность, имеет решающее значение для колонизации хозяина, поскольку бактерии целенаправленно стремятся колонизировать организм и завоевать все ниши.     На следующем этапе Юнг планирует выяснить, можно ли обнаружить такой же механизм у других бактерий.

Генетический материал E. coli у сельскохозяйственных животных может способствовать эволюции смертельно опасных штаммов E. coli у людей.    E. coli обычно живут как безвредные бактерии в желудочно-кишечном тракте птиц и млекопитающих, включая человека. Они также обитают независимо от хозяина в таких средах, как вода и почва, и в пищевых продуктах, включая мясо курицы и индейки, сырое молоко, говядину, свинину и смешанные салаты. Эти бактерии могут вызывать заболевания, если они обладают или приобретают факторы, позволяющие им выживать в областях человеческого тела за пределами кишечника. Так, E. coli является основной причиной инфекций мочевыводящих путей - распространенной причины госпитализации. Она также может привести к сепсису, от которого ежегодно умирают 11 миллионов человек во всем мире, и менингиту - инфекции, поражающей головной и спинной мозг.    Камерон Рид из Технологического университета Сиднея говорит, что целью исследования, недавно опубликованного в журнале Nature Communications, было лучше понять эволюцию и геномные характеристики нового штамма кишечной палочки, известного как ST58. ST58 был выделен из инфекций кровотока у пациентов по всему миру, включая Францию, где число инфекций, вызванных этим штаммом, удвоилось за 12-летний период. ST58 также более резистентен к лекарственным препаратам, чем другие штаммы.    "Наша команда проанализировала геномы E. coli ST58 из более чем 700 источников по всему миру, связанных с людьми, животными и окружающей средой, в поисках подсказок, почему этот штамм является новой причиной сепсиса и инфекций мочевыводящих путей", - рассказывает Рид. "Мы обнаружили, что E. coli ST58 от свиней, крупного рогатого скота и кур содержит фрагменты генетического материала, называемые плазмидами ColV, которые характерны для этого штамма кишечной палочки, вызывающей заболевания", - сказал он.    Плазмиды - это крошечные двухцепочечные молекулы ДНК, находящиеся отдельно от бактериальной хромосомы, которые могут реплицироваться независимо и передаваться между различными штаммами E. coli, способствуя эволюции вирулентности. Приобретение плазмид ColV может способствовать тому, что штаммы кишечной палочки будут вызывать внекишечные инфекции у людей, а также повышать вероятность развития резистентности к противомикробным препаратам, говорится в исследовании.    "Зооноз, особенно в отношении E. coli, не следует рассматривать просто как передачу патогена от животного к человеку", - отмечает Рид. "Скорее, его следует понимать как сложное явление, возникающее в результате обширной сети взаимодействий между группами E. coli (и другими бактериями) и селективным давлением, с которым они сталкиваются как у людей, так и у животных", - сказал он.    Полученные данные свидетельствуют о том, что все три основных сектора производства продовольственного животноводства (крупный рогатый скот, куры и свиньи) послужили фоном для эволюции и появления этого патогена. "Вклад источников нечеловеческого происхождения в инфекционные заболевания у людей обычно плохо изучен, а его потенциальное значение недооценивается, о чем свидетельствуют дебаты об экологическом происхождении вируса SARS-CoV2", - говорит Рид. "В глобализированном мире, чрезвычайно подверженном быстрому распространению патогенов, важность проактивного управления микробными угрозами для общественного здоровья нельзя недооценивать".    Исследование имеет широкие последствия для политики общественного здравоохранения, которая охватывает пищевую промышленность, ветеринарию и клиническую практику. "До настоящего времени здравоохранение в области инфекционных заболеваний было реактивной дисциплиной, где меры принимаются только после того, как патоген появился и нанес определенный ущерб", - подчеркнул Рид. "В идеале, с появлением и широким распространением технологии секвенирования генома, в будущем здравоохранение в области инфекционных заболеваний может перейти к преимущественно проактивной дисциплине, где системы геномного мониторинга смогут предсказывать появление патогенов и информировать об эффективных мерах".    Рид говорит, что для того, чтобы такая система работала, необходимы постоянные исследования и сотрудничество с правительственными органами, органами здравоохранения, производителями продуктов питания и клиницистами, а также наблюдение за различными источниками микроорганизмов, не относящимися к человеку. "Сюда входят домашние и дикие животные, особенно птицы, пищевые продукты, канализация и водостоки. Некоторые микроорганизмы, такие как ST58 E. coli, не знают практически никаких барьеров между этими все более взаимосвязанными хозяевами и средами". "Система геномного надзора за патогенами могла бы стать революцией в общественном здравоохранении и сделать многое, чтобы разрушить исторически сложившиеся антропоцентрические подходы, лишенные связи с окружающим миром".