Новые исследования Чикагского университета, опубликованные в сборнике Proceedings of the National Academy of Sciences, описывают, как бактерии, вызывающие болезнь легионеров, захватывают клеточный механизм, вызывающий инфекцию.
Работа доктора философии Говарда Шумана, профессора кафедры микробиологии и его коллег, открыла набор белков в бактерии Legionella pneumophila mimic - протеины-хозяева, которые принимают на себя ключевой клеточный процесс, позволяющий бактериям расширяться в клетке.
Легионелла вызывает инфекцию, называемую легионерской болезнью - нетипичную пневмонию, характеризующуюся сильным кашлем, жаром и мышечной болью. Это заболевание очень распространено как в общинах, так и в медицинских учреждениях. Особенно уязвимы курильщики, лица с погтженным иммунитетом и пожилые люди. В Соединенных Штатах ежегодно регистрируются десятки тысяч случаев заболевания.
Легионеллы растут в пресноводной среде, и, по данным Центров по контролю заболеваний, они могут распространяться в антропогенных системах водоснабжения, включая градирни, гидромассажные ванны и большие водопроводные системы (названы в честь Американской конвенции 1976 года в Филадельфии, после вспышки заболевания, где они были впервые определены). Люди могут заразиться болезнью легионеров, вдыхая аэрозоли из загрязненных систем. Загрязнение больших градирен может привести к вспышкам заболеваний, подобным той, которая наблюдалась прошлым летом в Нью-Йорке. Заболело 128 человек и 12 человек умерли, что побудило власти города и штатов принять закон о регулировании градирен.
"Это не прекратится, пока не произойдут серьезные изменения в способах эксплуатации людьми своих технологий, которые, в конечном итоге, приведут к образованию аэрозолей, таких как градирни, системы горячего водоснабжения и гидромассажные ванны", - сказал Шуман. "Это очень печально, потому что если бы вы сделали правильный выбор с правильным обслуживанием, это не стало бы большой проблемой." Хотя в настоящее время нет федеральных правил, контролирующих градирни кондиционирования воздуха, существуют неправительственные организации, такие как Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE) и NSF International, которые публикуют стандарты и руководства, самые последние в 2016 году. По словам Шумана, если бы эти стандарты и руководящие принципы соблюдались, заболеваемость легионеллой была бы не такой высокой.
Легионелла растет и расширяется внутри клетки хозяина, вызывая инфекцию.
Попав в организм, легионелла проникает в иммунные клетки, что позволяет ей избежать обнаружения со стороны иммунной системы и размножаться. Бактерии создают пространство внутри иммунной клетки под названием Легионелла, содержащая вакуол (LCV) - заполненный жидкостью "пузырь", который отделяется от остальной части клетки мембраной. До недавнего времени было неясно, как этот покрытый мембраной пузырь продолжает расширяться внутри клетки хозяина, позволяя размножаться бактериям.
У людей процесс слияния мембран внутри клетки контролируется набором белков под названием SNAREs. Шуман и его коллеги определили группу белков легионеллы, имитирующих белки SNARE хозяина, что позволяет LCV расширяться. Эти белки принимают другие клеточные отделения, покрытые мембраной, и соединяют их с LCV, создавая тем самым большой и большой пузырь для роста бактерий.
Эти белки легионеллы работают совместно с человеческим белком VAMP4. В клетках человека этот белок помогает посредничать слиянию мембран. Если VAMP4 отсутствует, LCV не может расширяться и инфекция не возникает. Белки легионеллы имитируют белки хозяина и, по сути, похищают VAMP4. Это событие захвата является необратимым и позволяет Legionella контролировать процессы мембранного синтеза, которые необходимы для расширения LCV.
"Причина, по которой процессы мембранного слияния важны для бактерий Легионеллы, заключается в том, что бактерии четко контролируют, какие из них могут произойти, а какие - нет", - сказал Шуман.
По словам Шумана, это новый пример зарождающегося арсенала, используемого внутриклеточными бактериями для манипулирования клетками-хозяевами с целью заражения.
Эта работа проводилась в сотрудничестве с Рейнхардом Яном, доктором философии, директором Института биофизической химии имени Макса Планка в Германии.
"Одна вещь, которая мне понравилась в этой работе, это то, что это было очень приятное и продуктивное сотрудничество между группами, которые имеют очень мало общего, кроме любопытства и интереса к биологическим процессам", - сказал Шуман.
