Статья подготовлена изданием Лаборант - журнал об аналитической химии. Подписывайтесь так же на наш телеграм-канал о научных новостях Клеточная биология.
Наша кожа — это важный защитный барьер, который считается значительной частью нашей иммунной системы. Когда патогены пытаются нас заразить, им необходимо проникнуть в наши тела или клетки, и ученые ищут способы, с помощью которых бактерии могут обходить наши защиты. Некоторые патогенные бактерии также должны преодолевать сложное сообщество микроорганизмов в кишечнике, чтобы вызвать инфекцию в желудочно-кишечном тракте. Исследователи недавно обнаружили необычный способ проникновения патогенов Salmonella, который включает биоэлектрические сигналы, используемые бактерией для заражения кишечника. Эти результаты были опубликованы в журнале Nature Microbiology.
Инфекции Salmonella возникают, когда патогенные микробы проникают в кишечную стенку. Им приходится обходить защитные микробы и иммунные защиты, но тем не менее Salmonella вызывает около 1.35 миллионов заболеваний и примерно 420 смертей в США ежегодно.
Salmonella имеет примерно один шанс из миллиона на то, чтобы вызвать инфекцию в кишечнике, отметил ведущий автор исследования Яо-Хуэй Сунь, научный сотрудник UC Davis Health.
Чтобы лучше понять, как Salmonella вызывает инфекцию, исследователи проанализировали движение штамма Salmonella под названием S. Typhimurium и сравнили его с движением непатогенного штамма бактерий Escherichia coli (E. coli) в модели мыши. Кишечная структура у мышей схожа с человеческой, с эпителием, состоящим из ворсинчатого эпителия, который способствует всасыванию питательных веществ, и фолликул-ассоциированного эпителия (FAE). В FAE находятся М-клетки, которые играют ключевую роль в иммунном ответе; они отслеживают патогены, анализируя антигены, проходящие через кишечник.
У мышей Salmonella может обнаруживать электрические сигналы в FAE и перемещаться в область кишечника, где есть открытые участки для проникновения. Электрические токи, входящие через всасывающие ворсинки, были обнаружены выходящими из FAE. Физическое движение, вызванное электрическими полями, называется электротаксисом или гальванотаксисом.
Электрические поля на входных точках могли использоваться S. Typhimurium, объяснил старший автор исследования Мин Чжао, профессор UC Davis, среди других должностей.
Клетки E. coli не реагировали на эти электрические поля таким же образом. На самом деле, они реагировали противоположным образом: E. coli собирались у ворсинок, тогда как S. Typhimurium накапливались в FAE.
Направленное электрическое поле 2 В/см вызывает одновременное и исключительное движение E. coli (красные) и Salmonella (зеленые) к аноду и катоду соответственно.
«Примечательно, что биоэлектрическое поле в эпителии кишечника настроено таким образом, что Salmonellae используют его для сортировки к FAE в большей степени, чем E. coli», — объяснил Сунь. «Патоген, кажется, предпочитает FAE в качестве ворот для проникновения в организм и заражения».
Предыдущие исследования показали, что бактерии могут использовать хемотаксис, ответ на химические сигналы, для миграции. Но это исследование предположило, что пути хемотаксиса не связаны с движением Salmonella к FAE.
Исследователи предположили, что эти результаты могут помочь объяснить механизмы, лежащие в основе некоторых хронических заболеваний, таких как воспалительное заболевание кишечника (ВЗК).
«Этот механизм представляет собой новую гонку вооружений между патогеном и организмом человека с потенциальными последствиями для других бактериальных инфекций, а также возможностями для профилактики и лечения», — сказал Чжао. «Считается, что коренной причиной ВЗК является чрезмерный и аномальный иммунный ответ на полезные бактерии. Будет интересно узнать, имеют ли пациенты, склонные к ВЗК, также аберрантную биоэлектрическую активность в эпителии кишечника».
Источники: Калифорнийский университет в Дэвисе, Nature Microbiology
Статья подготовлена изданием Лаборант - журнал об аналитической химии. Подписывайтесь так же на наш телеграм-канал о научных новостях Клеточная биология.