Когда люди заболевают бактериальной инфекцией, первоочередной задачей является лечение болезни. Но откуда берутся эти патогены и как они процветают в окружающей среде до того, как произойдет заражение? Международная группа под руководством Маттиаса Хорна из Центра микробиологии и экологических систем Венского университета решила этот вопрос, используя важный бактериальный патоген, вызывающий заболевание легких. Результаты их исследования были недавно опубликованы в научном журнале mBio.
Legionella pneumophila является возбудителем болезни легионеров (легионеллеза), атипичной пневмонии, безвредной для здоровых людей, но может быть опасной для жизни пациентов с ослабленным иммунитетом. Число случаев заболевания, вызванного Legionella, растет во всем мире с 2000 года: только в 2017 году в Австрии было зарегистрировано 228 случаев и 10 случаев смерти. Последняя крупная вспышка в Европе произошла в итальянском городе Брешиа в сентябре 2018 года. Более 400 пациентов страдали пневмонией и находились на лечении в больницах.
Естественной средой обитания легионелл являются отложения озер и рек, но они также встречаются в искусственных водных системах. «Они размножаются внутри простейших, таких как амебы, которые в конечном итоге уничтожаются при высвобождении патогенов. Именно это свойство позволяет легионеллам заражать людей. Болезнь обычно возникает только после того, как легионеллы размножились в простейших», - объясняет Матиас Хорн из недавно основал Центр микробиологии и экологических систем, который вместе со своей командой и учеными из Института Пастера и Мичиганского университета исследовал жизненный цикл легионеллы у амеб.
Защита от патогенов
Legionella - не единственные бактерии, способные выживать в простейших. Одноклеточные микроэукариоты, такие как простейшие, часто содержат другие бактерии, которые не причиняют им вреда, так называемые эндосимбионты. Группа исследователей обнаружила, что эти бактерии значительно влияют на размножение и распространение легионеллы. В многочисленных экспериментах им удалось доказать, что Legionella может менее эффективно размножаться в амебах, если они содержат эндосимбионты. Удивительно, но большинство амеб с эндосимбионтами выживают после смертельной инфекции Legionella. «Бактерии, которые ранее размножались в амебах с эндосимбионтами, были значительно менее заразны и, следовательно, менее успешно заражали новых амеб», - сказала Лена Кениг, первый автор исследования и докторант Центра микробиологии и экологических систем.
Раскрытие молекулярного механизма
Чтобы лучше понять, что происходит внутри амеб, являющихся пристанищем для эндосимбионтов и зараженных легионеллой, ученые внимательно изучили экспрессию генов обеих бактерий. «Секвенирование РНК позволяет делать выводы о биологических событиях, происходящих внутри амеб», - объясняет Сесилия Вентрап, исследователь с докторской степенью, сыгравшая важную роль в проекте. Кениг добавляет: «Мы нашли объяснение ослабленной инфекционности легионелл. Кажется, они проигрывают конкуренцию за питательные вещества внутри простейших, которые необходимы как патогену, так и естественному эндосимбионту для выживания». Следствие: легионеллы размножаются медленнее и не могут продуцировать факторы вирулентности, необходимые для заражения амеб и человека. Например, патогену не удается стать мобильным, и ему не хватает важных запасных соединений.
Из лаборатории в окружающую среду
Еще одно наблюдение заинтересовало исследователей. Остановка роста работала не только с широко используемыми лабораторными штаммами, но и с амебами, недавно извлеченными из окружающей среды, а также с недавно выделенными легионеллами. Таким образом, эндосимбионты амеб являются решающим фактором размножения и распространения легионелл не только в лабораторных условиях, но, вероятно, и в окружающей среде. Это особенно важно, поскольку большинство амеб являются носителями бактериальных симбионтов в естественных условиях. Таким образом, текущее исследование вносит значительный вклад в лучшее понимание образа жизни этих бактериальных патогенов в окружающей среде.