Группа исследователей инфекционных заболеваний разработала новый метод идентификации генов вирулентности Streptococcus pneumoniae, ведущей причины бактериальной пневмонии. Используя этот метод в мышиной модели пневмонии, они смогли получить новое представление о прогрессировании заболевания и его взаимодействии с вирусом гриппа бактериальная пневмония гораздо более распространена и более смертельна после вирусной инфекции. Исторически сложилось так, что многие случаи смерти во время вспышек гриппа, таких как пандемия 1918 года, были приписаны пневмококковой пневмонии.
Ученые разработали новый метод функционального анализа генов для выявления генов, определяющих вирулентность S. pneumoniae. Их метод основан на мощной технологии редактирования генов, известной как CRISPR, которая может быть модифицирована для избирательного подавления целевых генов с помощью метода, называемого CRISPR-интерференцией. Исследователи создали объединенную библиотеку штаммов S. pneumoniae, в которой каждый из генов бактерий был нацелен на вмешательство CRISPR в один из штаммов бактерий.
Интерференционная система CRISPR была индуцирована антибиотиком оксациллином, поэтому гены не замалчивались до тех пор, пока бактерии (которые были устойчивы к антибиотику) не были введены в мышей, получавших оксациллин содержащий корм. Кроме того, генетический штрих-код на направляющих РНК, используемых для третирования молчащих генов, позволил исследователям легко отслеживать каждый штамм после заражения. С помощью одного этапа секвестирования они могли определить, какие штаммы выжили и вызвали инфекции у мышей.
Это очень эффективный способ отключить отдельные гены и выяснить, какие из них важны.
Эта система также позволила исследователям оценить критическую фазу инфекции, когда большинство бактерий отмирают. Только небольшое количество бактерий выживают в этом "узком месте" и продолжают вызывать инвазивные заболевания.
Легкие действительно очень хорошо очищают инфекцию. Даже когда мы давали мышам довольно высокую нагрузку бактерий, было огромное узкое место, и очень немногие бактерии попадали в кровь.
Исследователи подсчитали, что всего 25 бактериальных клеток могут выжить в узком месте и вызвать заболевание. Они также обнаружили удивительное количество вариаций в исходе узкого места, несмотря на то, что мыши были генетически идентичны и были заражены через тщательно контролируемый протокол. Эффект бутылочного горлышка затмевал эффект глушения генов, в результате чего между контрольными мышами и теми, у которых Гены бактерий были глушены, было мало различий.
Не было никакой последовательности в терминах того, какие штаммы выжили, и была огромная вариабельность в размере бутылочного горлышка. Мы знаем, что существует большая вариабельность в клиническом развитии болезни у людей, поэтому очень интересно видеть так много вариаций в этой высоко контролируемой системе.
Затем исследователи добавили грипп в систему, заражая мышей гриппом типа А до введения S. pneumoniae. У мышей, предварительно зараженных гриппом, не было узкого места, и относительно небольшая доза бактерий вызывала необузданную инфекцию в легких. Это позволило исследователям оценить влияние молчания генов на вирулентность бактерий.
Результаты показали, что некоторые гены играют важную роль в пневмококковых инфекциях, включая гены, идентифицированные как факторы вирулентности в предыдущих исследованиях, такие как гены бактериальной капсулы. Удивительно, но ген главного токсина бактерий, пневмо-лизина, не оказался необходимым для развития инфекций. Вместе с другими недавними открытиями это говорит о том, что пневмо-лизин может быть более важен для передачи инфекции, чем для выживания в организме хозяина, сказали исследователи.
Загадочным аспектом инфекции S. pneumoniae является то, что она является очень распространенным колонизатором верхних дыхательных путей, не вызывая заболевания у большинства людей.
По-видимому, существует большое количество колонизированных людей, и обычно это нормально. Но вирусная инфекция может предрасполагать их и увеличивать риск развития бактериальной пневмонии.
Чтобы лучше понять переменные исходы, ученые планируют использовать интерференционную систему CRISPR для более детального изучения прогрессирования инфекций. В клинических условиях вариабельность прогрессирования заболевания может быть объяснена широким спектром факторов. В этом контролируемом исследовании сам процесс заражения, по-видимому, был весьма вариабельным.
