Механизми на инфекция на Yersinia - MedMix
Изследователите на HZI показват как чревните бактерии ви разболяват, като дешифрират механизмите на инфекция на Yersinia и имунните реакции на гостоприемника.
Стомашно-чревните инфекции са сред най-често срещаните заболявания в световен мащаб. Те се предизвикват, например, от бактериални патогени като Yersinia. Тези чревни бактерии са кръстени на швейцареца Александър Йерсин, който е причинил страшния патоген на чумата Yersinia pestis открити. Почти всеки човек се заразява с Йерсиния в течение на живота си. Те могат да причинят тежки чревни инфекции с възпаление на лимфните възли около червата и остра коремна болка. Бактериите с форма на пръчки се срещат при много бозайници и се предават главно от животни на хора чрез замърсена храна.
За да колонизирате червата, трябва Йерсиния-Бактериите първо се свързват с повърхността на чревната лигавица. Те преминават през това, за да проникнат в по-дълбоките тъкани и да стигнат до органите. „Механизмите, с които различни Йерсиния-Бактериите, които заразяват клетките гостоприемници и контролират разпространението им в гостоприемника, са много сходни. Следователно ние изследваме по-малко опасен роднина от семейство Йерсиния в лабораторията: моделният организъм Yersinia pseudotuberculosis. Патогенът има много общо с патогена на чумата Yersinia pestis", Казва ученият от HZI проф. Петра Дерш, ръководител на катедра" Биология на молекулярната инфекция ". Не е достатъчно обаче да се колонизира тъканта на гостоприемника; бактериите също трябва да спечелят битката срещу имунната система на гостоприемника. „Досега подобни изследвания са били извършвани само in vitro, т.е. в клетъчна култура при лабораторни условия. Средата на гостоприемника (по-висока температура, повече хранителни вещества) може да се имитира, но не и влиянието на имунната система “, казва Дерш.
За да разберат по-добре как работи инфекцията с йерсиния, учените трябва да разгледат регулаторните механизми, които се задействат, когато патогенът засяга жив гостоприемник. За тази цел Dersch и нейният екип се опитаха да използват най-новите методи за секвениране и обширни биоинформативни анализи върху заразени мишки, за да обяснят стратегиите и механизмите, използвани от патогена Йерсиния заразява гостоприемника си и как имунната система реагира на него. Дерш: "Нашият анализ на хиляди гени на ниво транскриптом черпи точна карта на тежка битка по време на инфекция от патогена и последващата имунна защита на мишката."
За изследването е изследвана лимфна тъкан от мишки, заразени с Yersinia, която е тясно свързана с червата. Инфекция, която засяга първо лимфните възли, е типична за Йерсиния. „Успяхме да докажем, че гостоприемникът реагира на ранната инфекция с Йерсиния с масивна имиграция на защитни клетки, така наречените неутрофили“, обяснява Дерш. Освен това гостоприемникът се опитва да предотврати разпространението на нахлуващия зародиш в тъканта, като произвежда определени коагулационни фактори и да го обездвижи. „Поради факторите на коагулация, заразеният гостоприемник може да образува мрежа от фибринови влакна около патогена, така наречения„ съсирек “или съсирек. Тази структура е много важна и за имунната система, която разпознава тези клетъчни натрупвания като чужди и може да ги елиминира. "
В проучването учените също успяха да покажат, че малките регулаторни РНК молекули играят важна роля при инфекцията. Това е важна стратегия на бактериите, защото им позволява да адаптират определени метаболитни процеси, за да могат бързо да разработят нови източници на храна - еволюционна адаптация на бактериите към гостоприемника, така да се каже. Тъй като те се конкурират с приемника за определени метални йони като желязо, манган или цинк. Както бактериите, така и клетките гостоприемници имат специални молекули, свързващи желязото, с които те взаимно извличат желязо и по този начин осигуряват собственото си оцеляване. „Въпреки силния си имунен отговор, домакинът не може в крайна сметка да спечели борбата срещу бактериалната инфекция“, казва Петра Дерш. "Бактериите инжектират силни отрови в клетките гостоприемници, така наречените ефектори, които убиват клетките."
В по-нататъшен експеримент изследователите на HZI, заедно с колеги от Техническия университет в Брауншвайг от Брауншвайгския център за системна биология (BRICS), Университета в Саарбрюкен и Техническия университет в Мюнхен, също изследват инфекцията на Йерсиния директно на нивото на отделните бактериални клетки. Този системен биологичен подход също показа, че чревните бактерии са много способни да се адаптират към околната среда в лимфната тъкан на гостоприемника. „Поради сложна генетична взаимовръзка, някои Йерсиния-Клетките на някои вирулентни гени спонтанно се „включват“, но не и в други. Това разнообразие може да осигури оцеляването на патогена в гостоприемника, тъй като например някои бактерии са по-добре адаптирани към нова ситуация в червата в бъдеще “, обяснява Аарон Нус, учен от екипа на Петра Дерш. „Досега все още не сме успели да анализираме точно пълния обхват на разнообразието в патогенните популации - и какви предимства има за бактериите. Ако разберем това по-добре, бихме могли и да се борим по-добре с тези патогени. "
„Новите възможности за изследване с най-модерна технология ни позволяват да разберем диалога между патогена и гостоприемника по време на инфекция в тъканите или също и на базата на отделната клетка“, казва Петра Дерш. „В бъдеще ще можем да създадем и транскрипционни профили на други патогени, за да открием скрити преди това генни функции, които са от съществено значение за оцеляването при различни гостоприемници. Това също ще подобри идентифицирането на потенциалните отправни точки за наркотиците. "
Aaron M. Nuss, Michael Beckstette, Maria Pimenova, Carina Schmühl, Wiebke Opitz, Fabio Pisano, Ann Kathrin Heroven и Petra Dersch: Тъканна двойна RNA-seq: бърз път за откриване на специфични за инфекцията функции и риборегулатори, оформящи транскриптомите на гостоприемника и патогена. PNAS, 2017 г., 17 януари; 114 (3), doi: 10.1073/pnas.1613405114.