Чучеподобные бактерии Yersinia pestisevades обнаруживают и устанавливают крепость, не устанавливая ранние тревоги организма. Новые открытия, о которых сообщалось сегодня, помогают объяснить, как скрытый агент Black Death избегает отключения механизма саморазрушения внутри зародышеобразующих клеток.
Авторы исследования, появившиеся в выпуске Cell Host & Microbe от 13 декабря, являются доктором Кристофером Н. Лароком из Университета Вашингтонского университета микробиологии и доктором Брэдом Куксоном, профессором микробиологии и лабораторной медицины UW.
Как правило, некоторые защитные ячейки запрограммированы на взрыв, если они либо вторгаются, либо обнаруживают присутствие патогенов, объяснил Куксон. Этот механизм защиты хозяев, называемый пироптозом («поднимающийся в огне»), устраняет места для размножения микробов. Когда он распадается, клетка проливает котел противомикробных химикатов и излучает сигналы, предупреждающие о нападении и его точном расположении. Ткани воспаляются по мере поступления большего количества клеток для борьбы с инфекцией.
Полагают, что бактерии, как полагают, находятся за великими эпидемиями Средневековья в 1300-х годах. Патоген развил тактику, чтобы задержать провоцирование защитного воспалительного ответа людей, пока не стало слишком поздно. Чума требовала от 30 до 50 процентов населения Европы 14-го века.
«Люди и патогены находятся в вечной борьбе с самого начала человечества», – сказал Куксон. Скрестив руки рукой, он объяснил: «Люди постоянно храпят оборону, а микробы многократно находят путь вокруг них».
Во время нескольких средневековых эпидемий чума начиналась у крыс. Высоко-прыгающие блохи передавали его и между людьми. Это вызвало разрыв лимфатических узлов. Респираторные формы были более смертоносными. Они повреждали легкие и распространялись чиханием. Чудовищные бактерии в кровотоке заканчивали жизнь через сепсис, в котором бремя инфекции переполняет организм.
Сегодня бактерии, вызывающие чуму, все еще циркулируют в мире. Он находится в страхе с помощью санитарных мер и лечения наркозависимости.
Чума в настоящее время редко встречается с менее чем 15 инфекциями ежегодно в Соединенных Штатах. Количество случаев за пределами США значительно больше, но не точно известно. Таким образом, чума остается научным интересом по нескольким причинам.
Куксон сказал, что стратегия выживания Yersinia против запрограммированной смерти, которая может убить ее и ее клетку-хозяина, может предложить идеи для разработки вакцины. В настоящее время вакцины против чумы нет. Есиния вызывает беспокойство как потенциальный патоген биологической войны, поскольку она может быть аэрозольной и ничего не подозревающей дышать в легкие. Вакцины ищут широкую общественную безопасность, а также методы повышения общей способности людей бороться с инфекциями.
Методы Yersinia для модуляции воспалительного ответа также предлагают ученым всеобъемлющую перспективу в фундаментальном аспекте множества важных заболеваний.
«Многие медицинские проблемы связаны с чрезмерным или слишком небольшим количеством воспалительных реакций», – сказал Куксон. Люди, которые запускают недостаточный воспалительный ответ или чьи воспалительные реакции подавляются лекарствами, подвержены вирусным, бактериальным и грибковым инфекциям.
«С другой стороны, чрезмерные или неправильно регулируемые воспалительные реакции отвечают за большое количество хронических состояний», – сказал Куксон. К ним относятся сосудистые вспышки, ведущие к инсульту или сердечному приступу, и аутоиммунные заболевания, среди которых волчанка, ювенильный диабет, язвенный колит и миастения. Тяжелая травма также может способствовать опасному для жизни воспалению легких.
Кроме того, чума не является единственным патогеном для усиления его вирулентности, обойдя программу воспалительных клеточных смертей. Несколько других опасных микробов делают то же самое, но по-разному.
Обычно очищающие иммунную систему клетки, которые были нарушены инфекцией, собирают молекулярную платформу, называемую воспалением. Исследователи объяснили, что эта сборка активирует мощный фермент, расщепляющий белок, который называется каспаза-1. Фермент готов к работе в присутствии ядовитых стимулов, включая микробы, неорганические раздражители и порообразующие токсины.
Чтобы выжить, Yersinia pestis должен разоружить каспазу-1. До настоящего времени бактериальные молекулы, которые непосредственно модулируют воспалительное заболевание, еще не сообщались. LaRock и Cookson смогли идентифицировать богатый лейцином белок, выделяемый Yersinia pestis, который связывает и отключает своего заклинателя-врага, фермент каспазы-1. Мощное вещество, называемое Yop M, вытесняет активность каспазы-1 и секвестрирует фермент, чтобы остановить развитие воспаления. Как следствие, клетка не может пожертвовать собой, чтобы избавиться от Yersinia и предупредить другие заражающие болезни клетки инфекции.
По мнению исследователей, YP M-опосредованное ингибирование каспазы-1 требуется для того, чтобы Yersinia могла подорвать иммунную сигнализацию, задержать воспаление и вызвать тяжелую болезнь. Его двойной механизм блокирования воспалительной гибели клеток, блокируя ферментативную активность и созревание воспаления, является отличительным.
В то время как каспаза-1 полезна для борьбы с рядом других микробных инфекций, некоторые исследователи сообщили, что это вредно, когда его активация является аберрантной или плохо контролируемой. Неправильная регуляция каспазы-1 связана с несколькими воспалительными расстройствами. Изучение того, как патогены управляют каспазой-1 в своих интересах, может предложить лечение для ограничения его избыточной активности.
Исследование финансировалось исследовательскими грантами Национального института здравоохранения HG02360 и AI057141 и грантом AN055396 Национального института здравоохранения. Исследование также получило помощь от Северо-Западного регионального центра передового опыта по борьбе с болезнями и появляющимися инфекционными заболеваниями, который направлен на противодействие патогенам национального значения.