Сотрудники Петрозаводского государственного университета совместно с зарубежными коллегами изучили один из механизмов, при помощи которого клетки иммунной системы нашего организма борются с легионеллами — возбудителями пневмонии. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ и опубликована в журнале Cell Reports.

Воспаление легких (или пневмония) может иметь различные причины и связано с широким спектром заболеваний. Среди них легионеллез — повсеместно распространенное инфекционное заболевание, вызываемое бактериями Legionella pneumophila. Эти микроорганизмы обитают в воде, в том числе в жидкостях кондиционеров, в бойлерах и душевых установках, и могут быть паразитами некоторых амеб. При вдыхании человеком зараженных паров бактерии проникают внутрь легочных макрофагов — клеток, поглощающих и переваривающих патогенные организмы. Однако легионеллы поселяются в мембранных пузырьках (вакуолях), которые не сливаются с пищеварительными лизосомами, а потому не обезвреживаются макрофагами. Кроме того, они способны запускать гибель клетки, в результате чего развивается поражение легких с осложнением на все органы, что может привести к смерти.

«В этой работе мы сделали упор на изучение механизмов, с помощью которых макрофаги реагируют на бактерии, находящиеся как во внутренней среде клетки, цитоплазме, так и в вакуолях. Это можно было осуществить на модели такого социально значимого заболевания, как пневмония», — рассказывает Александр Полторак, ведущий научный сотрудник Петрозаводского государственного университета.

В ответ на проникновение в цитоплазму бактерий и особенно фрагментов их клеточной стенки — липополисахаридов — в клетке активируется фермент каспаза 11. Она запускает каскад реакций, приводящих к разрыву и гибели макрофага. Таким образом, клетка жертвует собой, чтобы не допустить размножения бактерий. В случае патогенов, обитающих внутри вакуолей, запуска каспазы 11 не происходит, однако, это компенсируется иным механизмом. В его основе лежит активация макрофага интерферонами — белками, выделяемыми зараженной вирусами клеткой в качестве предупреждающего сигнала. В ответ ее соседи заранее активируют свои защитные механизмы. В случае бактериального вторжения это тоже помогает. Так, в макрофагах начинают активно работать специфические гуанилат-связывающие белки (GBPs), способные находить легионеллы в вакуолях и уничтожать, «натравливая» на них каспазу 11. Таков предполагаемый ранее сценарий событий.

Применяя разнообразные подходы к исследованию белков и ДНК и РНК, а также микроскопические методы, ученые установили, что синтез и активность GBPs (равно как и каспазы 11) регулирует сам макрофаг. Этот процесс происходит независимо от выделяемых при инфекции интерферонов. Более того, последние клетка вырабатывает на высоком уровне и при отсутствии опасности. В результате GBPs постоянно присутствуют в цитоплазме и всегда готовы к встрече с патогенной бактерией. Также ученые установили, что GBPs помогают макрофагу обнаружить и обезвредить легионеллы, создавая утечки их наследственного материала из вакуоли, где они недоступны для защитных систем. После такого выхода происходит запуск специальных сенсорных путей, а макрофаг может начать полноценную борьбу.

«Легионелла является удобной моделью для изучения данной группы патологий, а детальное рассмотрение механизмов ответа клетки на возбудителя инфекции позволит подобрать адекватные методы лечения», — заключает Александр Полторак.

Картинка: клеточная смерть как результат включе...

Картинка: клеточная смерть как результат включения защитного механизма макрофага в ответ на бактериальное вторжение. Источник: Александр Полторак.

Работа выполнена сотрудниками Петрозаводского государственного университета совместно с коллегами из Университета Тафтса (США), Исследовательского центра по питанию человека и проблемам старения (США), Медицинского центра Университета Дюка (США), Осакского университета (Япония) и Медицинского института Ховарда Хьюза (США).