Патогенные бактерии подавляют иммунитет изнутри захвативших их клеток, меняя физические свойства внутренних мембран хозяина. Находясь внутри макрофагов, возбудители туберкулеза выделяют внеклеточные везикулы, которые встраиваются в оболочку фагосомы и резко повышают ее механическое натяжение. Это изменение не дает клетке уничтожить патоген и позволяет инфекции распространяться на соседние здоровые ткани.
Иммунные клетки (макрофаги) борются с угрозой, поглощая бактерии и заключая их в специальные внутриклеточные контейнеры — фагосомы. В норме фагосома должна созреть и слиться с другой органеллой, лизосомой, ферменты которой переваривают врага. Ранее считалось, что бактерии останавливают этот процесс с помощью белковых токсинов. Также известно, что микобактерии выделяют внеклеточные везикулы — липидные пузырьки, которые контактируют с иммунными клетками и влияют на их поведение.
Авторы исследования, представленного на ежегодной конференции Биофизического общества в Сан-Франциско, изучили действие внеклеточных везикул палочки Коха (Mycobacterium tuberculosis). С помощью флуоресцентной микроскопии времени жизни (FLIM) и молекулярных зондов Flipper-TR ученые в реальном времени измерили натяжение мембран внутри живых макрофагов. Для проверки механических эффектов авторы также использовали микропипетки, которыми захватывали искусственные липидные модели мембран.
Исследование показало, что микобактерии, даже находясь внутри макрофага, активно выделяют везикулы. Эти частицы сливаются с мембраной фагосомы, в которой заперта бактерия, и оболочками лизосом. Липиды туберкулезной палочки отличаются от наших и делают мембраны макрофагов чрезмерно натянутыми и жесткими. На биохимическом уровне это препятствует работе белка Rab5 — главного регулятора, который запускает процесс созревания фагосомы. В результате лизосома не может соединиться с фагосомой, содержащей бактерию, и патоген остается невредимым.
Авторы установили, что бактерии используют везикулы и для дистанционного саботажа. Патогенные липиды выходят за пределы первой зараженной клетки и проникают в соседние здоровые макрофаги. Там они заранее «минируют» внутренние мембраны, повышая их натяжение и вязкость. Когда такая подготовленная клетка позже пытается поглотить настоящую бактерию, ее защитные механизмы оказываются заранее выведены из строя.
Работа показывает, что бактерии управляют клетками хозяина не только химически, но и через физические параметры мембран. Ученые предполагают, что создание препаратов, восстанавливающих нормальное натяжение клеточных мембран, поможет вернуть макрофагам способность эффективно уничтожать бактерии, защищенные внутри фагосом.