Холера по-прежнему является огромной проблемой. Острая диарейная болезнь, за последние двести лет было семь крупных пандемий. По данным ВОЗ, холера по-прежнему ежегодно убивает до 143 000 человек и заражает до 4 миллионов человек, в основном в бедных или слаборазвитых странах.
Холера вызывается бактерией Vibrio cholerae, передающимся через воду патогеном, который заражает кишечник человека, когда он пьет зараженную воду. При проглатывании Vibrio cholerae начинает колонизировать внутреннюю поверхность кишечника и выделяет токсин на эпителиальные клетки. Токсин нарушает ионный баланс на стенках кишечника, вызывая выделение водянистой диареи. Тяжелая форма холеры может привести к смерти из-за сильного обезвоживания.
Но это еще не все, что делает V. cholerae. В 2015 году исследователи во главе с профессором Мелани Блокеш из EPFL опубликовали основополагающую статью, показывающую, что бактерия использует подпружиненное копье, чтобы пронзить соседние бактерии и украсть их ДНК по мере роста в окружающей среде. Ранее было описано, что это молекулярное копье, известное как «система секреции типа VI» или T6SS, служит межбактериальной конкуренции. «Ожидается, что питьевая загрязненная вода в эндемичных по холере районах мира будет содержать готовые к соревнованиям T6SS-активные V. cholerae», - говорит Блокеш.
Недостающие кусочки пазла
Предыдущие исследования показали, что кишечные патогены должны взаимодействовать с бактериями кишечного микробиома, чтобы утвердиться в этой среде. Они делают это, используя различные тактики, от борьбы за питательные вещества до полномасштабной межбактериальной войны. Несколько исследований показали, что кишечные патогены используют свое копье T6SS, чтобы очистить кишечную нишу и способствовать их собственному заселению.
Но изучение того, как V. cholerae взаимодействует с кишечным микробиомом, затруднено. Обычно ученые разрабатывают стандартизированную модель взрослых животных, но V. cholerae печально известна тем, что относительно плохо колонизирует взрослых животных по сравнению с людьми. Это означает, что исследователям приходится прибегать к помощи детенышей животных, но у них отсутствует зрелый микробиом, с которым V. cholerae взаимодействует, как только начинает колонизировать кишечник.
Между тем, многие исследования показали, что устойчивость к колонизации V. cholerae и другими инфекционными бактериями в значительной степени зависит от так называемых «комменсальных» микробов в кишечнике. Комменсальные микробы, и особенно кишечные микробы человека, мало исследованы с точки зрения взаимодействия с V. cholerae.
Кишечное сопротивление
В статье, опубликованной в Nature Communications, группа Блокеша рассмотрела то, как В.cholerae взаимодействует с бактериями микробиоты человека. Ученые изучили небольшую коллекцию комменсалов добровольцев, которая включала несколько видов бактерий, таких как Escherichia coli, Enterobacter cloacae и различные изоляты Klebsiella.
Их результаты показали, что, хотя некоторые виды кишечных бактерий истощаются после атак V. cholerae, опосредованных T6SS, значительная их часть сопротивляется этому. В частности, некоторые кишечные виды Klebsiella защищают себя от атак T6SS V. cholerae с помощью полисахаридной капсулы, характерной для так называемых «инкапсулированных» бактерий.
Поскольку это высокоэффективное средство для уничтожения бактерий, такие бактерии, как V. cholerae, которые используют T6SS, также имеют способы защитить себя, чтобы избежать самоинтоксикации. Для этого бактерии, использующие T6SS, вырабатывают специфические иммунные белки, которые блокируют токсическое действие T6SS.
Но исследование показало, что некоторые представители микробиоты человека защищают себя от атак T6SS, не используя белковый иммунитет. В частности, исследование показало, что E. cloacae, сама по себе являющаяся условно-патогенным микроорганизмом, наносит ответный удар, фактически убивая V. cholerae сначала своим собственным превосходным оружием T6SS.
«Эта работа дает нам новое представление о поведении бактериального сообщества в кишечной микробиоте и о том, как защита от интоксикации T6SS может помочь бактериальным популяциям защитить себя от вторжения патогенов», - говорит Мелани Блокеш. Но она также подчеркивает, что исследование проводилось in vitro, а это означает, что необходимы дополнительные исследования, если мы хотим получить более полную картину.
«Тем не менее, наша работа может послужить отправной точкой для рационального конструирования пробиотических штаммов, защищенных от T6SS, которые способны восстанавливать дефектные колонизационные барьеры или повышать их эффективность», - заключают авторы.
Наконец, Блокеш подчеркивает щедрость коллег, предоставивших штаммы бактерий для этого исследования. Она также подчеркивает, что охватить новые направления, включая биологию клебсиелл, было бы намного сложнее без замечательного сотрудничества с Олайей Рендуэлес и Эдуардо Роча из Института Пастера в Париже.
"Больше всего мне понравился не только научный посыл, но и совместный аспект (внутри и за пределами лаборатории) истории", - соглашается Николя Флаугнатти, постдок группы Blokesch и первый (поделился) автор этого исследования.