Исследователи из Еврейского университета в Иерусалиме обнаружили стратегию выживания, которую вредные бактерии могут использовать, чтобы перехитрить иммунный ответ человека, что приводит к более тяжелым и стойким инфекциям и более эффективному распространению от человека к человеку.
Бактерии имеют множество стратегий для того, чтобы справиться с суровыми и меняющимися условиями в организмах, в которые они вторгаются. К ним относятся развитие адаптивных мутаций по мере их развития и активация определенных генов для реагирования на изменения. Однако иногда этих средств защиты недостаточно, и необходимы альтернативные стратегии.
Одной из недавно обнаруженных альтернативных стратегий является создание негенетической изменчивости, при которой бактерии развивают субпопуляции, каждая из которых предварительно адаптирована к разным условиям или задачам. Эта предварительная адаптация может дать вторгающимся бактериям дополнительное преимущество во время вторжения и в преодолении иммунной системы. Эта изменчивость, называемая фенотипической изменчивостью, включает в себя развитие субпопуляций бактерий с измененными признаками, такими как размер или поведение.
Чтобы лучше понять эту стратегию выживания, исследователи Ирин Ронин, Наама Кацовиц, Илан Розеншайн и Натали К. Балабан под руководством доктора Ирины Ронин из лаборатории Балабана Института физики Раках Еврейского университета в Иерусалиме изучили, негенетическая изменчивость играет роль в вирулентности специфического для человека патогена, энтеропатогенной кишечной палочки (EPEC), ответственной за многие младенческие смерти во всем мире. Их цель состояла в том, чтобы выяснить, может ли подвергание EPEC сложным условиям, подобным тем, с которыми они столкнутся у человека, вызвать спонтанную дифференциацию EPEC в различные бактериальные субпопуляции. Для этого они использовали математическое моделирование и генетический анализ.
Их анализ, опубликованный в рецензируемом журнале eLife, показал, что EPEC спонтанно дифференцируется на две субпопуляции, одна из которых особенно вирулентна, при воздействии условий, имитирующих среду хозяина. Удивительно, но они обнаружили, что после запуска это гипервирулентное состояние сохраняет очень долгую память и остается гипервирулентным на протяжении многих поколений. Кроме того, они идентифицировали специфические регуляторные гены, которые контролируют переключение между невирулентным и гипервирулентным состояниями у бактерий EPEC.
«Эти результаты проливают новый свет на стратегии бактериальной вирулентности, обнаруживая существование предварительно адаптированных субпопуляций EPEC, которые могут оставаться готовыми к заражению в течение нескольких недель», - сказал проф. Натали К. Балабан. «Они также показывают, что долговременная память управляет экспрессией основных факторов вирулентности патогена, даже при переходе в условия, которые не способствуют их экспрессии».
«Уникальное переключение памяти, которое мы обнаружили, может быть обычным явлением для патогенных бактерий, что приводит к увеличению тяжести заболевания, более высокой стойкости инфекции и улучшению распространения от хозяина к хозяину», - сказал профессор Илан Розеншайн. «Дальнейшие исследования по характеристике механизма переключения могут указать на стратегии снижения вирулентности EPEC и борьбы с инфекциями, а наш подход может обеспечить основу для поиска подобных переключений у других патогенов».