Пневмония, вызывающая патоген Pseudomonas aeruginosa, разработала двойную стратегию для колонизации хозяина. Он генерирует две разные клетки - подвижные распространители и вирулентные наклейки. Исследователи из Базельского биоцентра выяснили, как зародыш прикрепляется к ткани в течение нескольких секунд и последовательно распространяется. Так же, как бизнес-модель: заселение - рост - расширение. Исследование было опубликовано в журнале Cell Host & Microbe..
Бактерия Pseudomonas aeruginosa является одним из наиболее распространенных и опасных патогенов в больницах, вызывая тяжелые инфекции у пациентов, такие как раневые инфекции, пневмония или менингит. На первом этапе инфекции возбудитель должен эффективно прикрепиться к ткани хозяина, но в то же время распространиться на отдаленные участки. На более поздних стадиях инфекции возбудителю необходимо перестроить свое поведение, чтобы навсегда колонизировать хозяина и скрыться от его иммунной системы, например, путем формирования защитных биопленок.
От распространения к прикрепленным клеткам
Ключом к успеху P. aeruginosa является совершенная стратегия колонизации. «Во время каждого деления патоген генерирует два различных типа клеток: атакующую склеру и подвижный распространитель», - объясняет профессор Урс Дженал, руководитель исследовательской группы в Биоцентре Базельского университета. «Баланс между этими двумя типами клеток имеет решающее значение для патогена, чтобы успешно обитать в тканях и быстро распространяться».
В начальной фазе инфекции распространитель активно движется к поверхности ткани хозяина с помощью вращающегося клеточного пропеллера, называемого жгутиком. Теперь исследователи обнаружили, что жгутик также служит механическим датчиком. «Когда жгутик сталкивается с поверхностью, бактерии быстро реагируют, образуя клейкие выступы, которые прочно прикрепляют бактерию к ткани», - говорит Дженал. «Больше всего нас удивило, как быстро это происходит. В течение нескольких секунд бактерии меняют свою программу, чтобы прилипнуть к поверхности». Тактильный раздражитель запускает выработку бактериальной сигнальной молекулы циклического ди-ГМФ, которая, в свою очередь, инициирует образование клеточных выступов.
От прилипания к распространяющимся клеткам
Кроме того, исследователи смогли показать, что при делении бактерии, прикрепленные к поверхности, производят два разных потомства: одна дочерняя клетка остается наклейкой, которая может повредить нижележащую ткань хозяина, а другая становится распространителем, распространяющимся в отдаленные места.. Этот процесс также известен как асимметричное деление клеток. «Это связано с асимметричным распределением циклического ди-ГМФ в делящейся материнской клетке», - объясняет первый автор Бенуа Лавенти. В то время как дочерняя клетка с высоким уровнем циклического ди-ГМФ остается прикрепленной к месту посадки, клетка с низким содержанием циклического ди-ГМФ покидает поверхность, чтобы колонизировать отдаленные участки. Таким образом, P. aeruginosa использует простую бизнес-модель: сначала закрепиться, затем расти и, наконец, расширяться.
Умная тактика: завоевать и спрятать
Однако окно возможностей для P. aeruginosa ограничено. После нескольких асимметричных делений бактерии возвращаются к симметричному делению, производя исключительно вирулентное потомство, прикрепленное к поверхности, тем самым экспоненциально увеличивая популяцию в локальных участках. Патоген изменил свою стратегию и стремится к длительному закреплению в организме хозяина и побегу от защитных систем хозяина.
Исследователи из лаборатории Дженала предполагают, что эта стратегия колонизации носит общий характер и может быть обнаружена у широкого спектра бактерий, которые эффективно колонизируют различные поверхности, такие как камни, занавески для душа, кофейные чашки или человеческие органы.