Исследователи Университета Карнеги-Меллона определили молекулу, которая играет ключевую роль в бактериальной коммуникации и инфекции. Их результаты добавляют новое слово в молекулярный словарь пневмококка и могут привести к новым способам манипулирования бактериями и предотвращения инфекции. Выводы из лаборатории доцента биологических наук Луизы Хиллер опубликованы в выпуске PLOS Pathogens от 11 октября.
Организмы во всем мире общаются своими уникальными способами: люди используют слова, пчелы танцуют, а светлячки светятся. Расшифровка общего языка сообщества дает возможность понять и повлиять на поведение сообщества.
Что, если у бактерий тоже есть свой язык? Если бы мы поняли этот синтаксис, могли бы мы просто попросить бактерии перестать делать нас больными?
Эти вопросы лежат в основе исследования Хиллера. Ее лаборатория исследует «бактериальную лингвистику», пытаясь идентифицировать «слова», которые бактерии используют для общения. Они надеются составить словарь, который даст исследователям словарный запас, необходимый им для манипулирования смертельными патогенами.
Лаборатория Хиллера выясняет, как коммуникация между бактериями способствует развитию болезней и устойчивости к антибиотикам, сосредоточившись на бактериях пневмококка.
Пневмококк часто колонизирует детей и пожилых людей. Он может обитать в задней части горла, не вызывая никаких симптомов, но когда он распространяется на ткани за пределами горла, он может вызвать заболевание от легкой до тяжелой степени. Пневмококк является основной причиной заболеваний верхних дыхательных путей и частой причиной пневмонии и ушных инфекций у детей. Ежегодно во всем мире от него умирает более миллиона человек.
Pneumococcus формируется и процветает в сообществах, называемых биопленками. Сообщество обеспечивает среду, в которой клетки общаются, сотрудничают и сражаются. Биопленка также защищает бактерии от антимикробного воздействия и служит питательной средой для устойчивости к антибиотикам.
В биопленке пневмококк выделяет множество молекул, которые, по-видимому, используются для связи, заставляя клетки мигрировать, размножаться и адаптироваться. Несмотря на их потенциальную роль в распространении болезней, многое в этих молекулярных словах остается загадкой.
"Если мы будем знать значение слов о бактериях, может быть, мы сможем удалить их из системы или манипулировать ими, чтобы пневмококк не стал патогенным", - сказал Хиллер.
В исследовании PLOS Pathogens аспирант биологических наук Сурья Аггарвал идентифицировал ранее не охарактеризованную пневмококковую молекулу - новое слово - он назвал BriC. Он и его коллеги из лаборатории Хиллера обнаружили, что BriC играет критическую роль в развитии биопленки, сигнализируя бактериям о необходимости производить больше биопленки во время компетентности, метаболического состояния, которое делает возможным несколько клеточных функций, включая обмен ДНК. BriC - это первый ключ к пониманию того, как компетентные клетки взаимодействуют с другими клетками, чтобы организовать себя в биопленку.
Авторы исследования также обнаружили, что в контексте заболевания BriC, по-видимому, делает пневмококковые инфекции более устойчивыми.
«Клетки, растущие в биопленке, очень устойчивы к лечению антибиотиками», - сказал Аггарвал. «Учитывая эту связь, BriC приобретает большее значение. Возможно, это может быть целью сделать бактерии более чувствительными к лечению антибиотиками».
В заключение исследователи также обнаружили, что бактерии также могут вносить семантические изменения в свои слова. Они определили, что некоторые критически важные клинические штаммы развили модификацию, позволяющую продуцировать BriC за пределами компетенции. Они также производили больше BriC и производили его чаще, что усиливало биопленки. В настоящее время исследователи изучают, какое значение это изменение может иметь для развития заболеваний у детей.
«Мы в самом начале словаря», - сказал Хиллер. «Мы продолжим изучать значение слова BriC и связанных с ним слов о бактериях, как средства управления бактериальным языком и борьбы с болезнями».
Дополнительные авторы исследования: Рори Ютси, Джейкоб Уэст-Робертс, Венджи Сюй и Аарон Митчелл из Университета Карнеги-Меллона; Арнау Доменек и Ян-Виллем Вининг из Университета Лозанны; Иман Таджер Абдулла и Хасан Есилкая из Университета Лестера и Университета Киркука; и Хасан Есилкая из Университета Лестера. Хиллер также является членом Центра передового опыта в области исследований биопленок в Allegheny He alth Network.
Исследование финансировалось Национальным институтом здравоохранения (DC-011322), Премией Ступакова за научные достижения и Департаментом биологических наук Университета Карнеги-Меллона.