Ученые обнаружили, как уникальный бактериальный фермент может притупить ключевое оружие организма в борьбе с инфекцией.
Исследователи из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн и Университета Ньюкасла в Великобритании изучают, как инфекционные микробы могут пережить атаки иммунной системы организма. Исследователи говорят, что, лучше поняв защиту бактерий, можно разработать новые стратегии для лечения инфекций, которые в настоящее время устойчивы к лечению.
Исследование, опубликованное в журнале PLOS Pathogens, было сосредоточено на бактериях Staphylococcus aureus, которые встречаются примерно у половины населения. Хотя S. aureus обычно благополучно сосуществует со здоровыми людьми, он способен инфицировать почти все тело; в своей наиболее патогенной форме бактерия представляет собой так называемый «супербактерий», устойчивый к метициллину S. aureus, или MRSA..
Человеческое тело использует разнообразное оружие для борьбы с такими бактериями, как S. aureus. «Наша иммунная система очень эффективна и не позволяет большинству микробов, с которыми мы сталкиваемся, вызывать инфекции», - сказал профессор микробиологии Университета штата Айленд Томас Кель-Фи, который руководил исследованием вместе с Кевином Уолдроном из Университета Ньюкасла. «Но такие патогены, как S. aureus, разработали способы подорвать иммунный ответ».
С. aureus может преодолевать одну из ключевых защитных сил организма, питательный иммунитет, который не позволяет бактериям получать критические питательные вещества. Он лишает S. aureus марганца, металла, необходимого для бактериального фермента супероксиддисмутазы или СОД. Этот фермент действует как щит, сводя к минимуму ущерб от другого оружия в арсенале организма - окислительного взрыва. Вместе два оружия хозяина обычно действуют как удар один-два, при этом питательный иммунитет ослабляет щиты бактерий, позволяя окислительному взрыву убить бактерию.
С. aureus особенно хорошо справляется с разрушительными инфекциями. В отличие от других близкородственных видов, S. aureus обладает двумя ферментами СОД. Команда обнаружила, что второй SOD повышает способность S. aureus сопротивляться пищевому иммунитету и вызывать заболевания.
«Это открытие было одновременно захватывающим и озадачивающим, поскольку считалось, что оба SOD используют марганец и, следовательно, должны быть инактивированы марганцевым голоданием», - сказал Кель-Фи..
Долгое время считалось, что наиболее распространенное семейство SOD, к которому принадлежат оба фермента S. aureus, состоит из двух разновидностей: те, которые зависят от марганца для своей функции, и те, которые используют железо.
В свете своих выводов команда проверила, зависит ли вторая стафилококковая SOD от железа. К своему удивлению, они обнаружили, что фермент может использовать любой металл. В то время как существование этих камбиалистических SOD, способных использовать как железо, так и марганец, было предложено несколько десятилетий назад, существование этого типа ферментов в значительной степени отвергалось как причуда химии, неважная в реальных биологических системах. Выводы группы опровергают это мнение, демонстрируя, что камбиалистические СОД вносят решающий вклад в развитие инфекции.
Команда обнаружила, что, когда организму не хватает марганца, S. aureus активирует камбиалистическую СОД с помощью железа вместо марганца, обеспечивая поддержание своего критического бактериального защитного барьера.
«Камбиалистическая СОД играет ключевую роль в способности этой бактерии уклоняться от иммунной защиты», - сказал Уолдрон. «Важно то, что мы подозреваем, что подобные ферменты могут присутствовать и в других патогенных бактериях. Следовательно, можно воздействовать на эту систему лекарствами для будущей антибактериальной терапии».
Появление и распространение устойчивых к антибиотикам бактерий, таких как MRSA, делает такие инфекции все более трудными, если не невозможными, для лечения.
Это побудило ведущие организации здравоохранения, такие как Центры по контролю и профилактике заболеваний и Всемирная организация здравоохранения, срочно призвать к поиску новых подходов к борьбе с угрозой устойчивости к антибиотикам.