Исследователи из Орегонского университета раскрыли молекулярный механизм, с помощью которого хлорноватистой кислоты, также известной как хлорноватистая кислота или HOCI, привлекает патоген Helicobacter pylori в желудке человека. Исследование показало, что H. pylori использует белок под названием TlpD, чтобы ощущать отбеливатель и плыть к нему, и что бактерии Salmonella enterica и Escherichia coli могут использовать TlpD-подобные белки для обнаружения отбеливателя в окружающей среде.
Исследователи предполагают, что H. pylori использует белок TlpD для обнаружения участков воспаления тканей, что может помочь бактериям колонизировать желудок и, возможно, найти поврежденные ткани и питательные вещества. Статья «Helicobacter pylori воспринимает отбеливатель (HOCI) как хемоаттрактант с использованием цитозольного хеморецептора» появилась 29 августа в журнале PLOS Biology.
Бремя для здоровья, вызванное H. pylori, особенно велико, говорят исследователи, потому что он заражает около половины населения мира с почти 100-процентным уровнем инфицирования в некоторых развивающихся регионах. Бактерия поселяется в небольших карманах в желудке, называемых желудочными железами, которые, как считается, защищают ее от враждебной желудочной среды.
Х. pylori вызывает хроническое воспаление и язву желудка. Это основной фактор риска рака желудка, одной из наиболее распространенных форм рака во всем мире.
«Часть обоснования для изучения этого конкретного белка заключается в том, что мы знаем, что навигационная система, которая есть у Helicobacter pylori, действительно важна для того, чтобы бактерии могли заражать и вызывать заболевания», - сказал ведущий автор Арден Перкинс, постдокторант. сотрудник Орегонского университета.«Если мы узнаем, какова функция этого белка, есть вероятность, что мы сможем нарушить его функцию с помощью нового лекарства».
Х. pylori, как и большинство бактерий, используют специальные белки для обнаружения химических веществ в окружающей их среде. Этот процесс, известный как хемотаксис, позволяет им регулировать свои жгутики, чтобы плыть к соединениям, с которыми они сталкиваются, или от них.
Исследовательская группа решила определить, как бактерии реагируют на присутствие отбеливателя, который вырабатывается белыми кровяными тельцами в организме и является ключевой частью того, как иммунная система борется с бактериями.
«Важно, чтобы мы понимали белковый механизм восприятия отбеливателя», - сказала соавтор исследования Карен Гийемин, профессор биологии и член Института молекулярной биологии Университета штата Орегон. «Оказывается, этот механизм не является эксклюзивным для Helicobacter pylori, и он позволяет нам получить представление о других бактериях, имеющих аналогичные белки."
Работа началась 2,5 года назад, чтобы определить молекулярную функцию белка TlpD, который, как знали исследователи, участвует в регуляции жгутиков бактерий. Они знали, что TlpD является сенсорной молекулой, но не знали, что она может ощущать. Чтобы докопаться до сути функции неизвестного белка, Перкинс выделил белок TlpD и два других белка, участвующих в передаче молекулярного сигнала к жгутикам.
«Выделение компонентов молекулярной сигнальной системы дало нам гораздо более четкое представление о том, что происходит», - сказал Гиймен.
Предыдущие исследования показали, что активные формы кислорода могут быть соединениями, которые воспринимаются белком TlpD, поэтому Перкинс тестировал различные соединения, включая перекись водорода, супероксид и отбеливатель. Неожиданные результаты показали, что TlpD производит аттрактантный сигнал при воздействии отбеливателя.
Хотя казалось нелогичным привлечение бактерий к ядовитому химическому веществу, дальнейшие исследования с использованием живых бактерий подтвердили, что бактерии не повреждаются и привлекаются источниками отбеливателя в концентрациях, производимых человеческим организмом.
Перкинс и его коллеги не могли отрицать то, что они видели после многократного проведения эксперимента и проверки различных объяснений.
«Этот проект начался с этого действительно строгого молекулярного понимания, а затем мы перешли к размышлениям о том, что это означает для поведения бактерий», - сказал Гиймен. «Мы смогли продолжить с действительно твердой уверенностью в том, что явление, которое мы изучали, имеет смысл на молекулярном уровне».
Обычно отбеливатель, произведенный во время воспаления, эффективно убивает бактерии. Но H. pylori необычен тем, что десятилетиями обитает в воспаленных тканях, по-видимому, не уничтожаясь отбеливателем. Исследовательская группа считает, что отбеливатель может привлекать H. pylori как средство обнаружения и сохранения внутри желудочных желез, которые полны лейкоцитов, но служат важным резервуаром для бактерий.
Удивительно, но исследователи обнаружили, что токсическое соединение, вырабатываемое лейкоцитами, может быть интерпретировано как сигнал притяжения со стороны вторгшихся бактерий.
"Мы знаем, что в процессе заражения бактерии способны жить в воспаленных тканях годами, поэтому этот результат предполагает, что, возможно, частично это происходит за счет притяжения к воспаленным тканям. ", - сказал Перкинс. «У него явно развита достаточная защита, чтобы выдерживать такие условия, даже несмотря на потенциально высокие концентрации отбеливателя».
Исследователи обнаружили, что TlpD-подобные белки из Salmonella enterica и Escherichia coli также способны обнаруживать отбеливатель, что указывает на то, что восприятие отбеливателя может быть ранее неизвестным феноменом, которым обладают многие типы бактерий.
Исследование в конечном итоге может привести к новым методам лечения, разрушающим способность вредных бактерий ощущать окружающую среду, и может иметь значение для снижения устойчивости к антибиотикам.
Обычные антибиотики, используемые сегодня в клинической практике, убивают или предотвращают деление бактерий, воздействуя на такие вещи, как клеточная стенка бактерий. В результате бактерии сталкиваются с селективным давлением, чтобы выработать устойчивость к этим видам лекарств, чтобы выжить.
В случае Helicobacter pylori примерно 30 процентов инфекций устойчивы к лечению антибиотиками. По словам Гийемена, при более глубоком понимании действующих механизмов исследователи смогут разработать более эффективные средства борьбы с бактериями.
«Возможно, существует менее сильное селективное давление на бактерии, чтобы преодолеть лекарство, которое просто дезориентирует их», - сказал Гийемин. «К 2050 году произойдут пандемии устойчивых к антибиотикам бактерий, поэтому необходимо подумать о новых стратегиях».