Mechanizmy infekcie Yersinia

Vedci z HZI ukazujú, ako vám spôsobujú črevné baktérie dešifrovanie infekčných mechanizmov Yersinie a imunitných reakcií hostiteľa.

Gastrointestinálne infekcie patria medzi najbežnejšie choroby na celom svete. Spúšťajú ich napríklad bakteriálne patogény ako Yersinia. Tieto črevné baktérie sú pomenované po Švajčiarovi Alexandrovi Yersinovi, ktorý spôsobil obávaný morový patogén Yersinia pestis objavené. V priebehu života sa Yersiniou nakazí takmer každý. Môžu spôsobiť závažné črevné infekcie so zápalom lymfatických uzlín v okolí čriev a akútnymi bolesťami brucha. Baktérie stolice v tvare tyčinky sa vyskytujú u mnohých cicavcov a prenášajú sa hlavne zo zvierat na človeka kontaminovanou potravou.

Aby ste mohli osídliť črevá, musíte Yersinia-Baktérie sa najskôr viažu na povrch črevnej sliznice. Cez to prechádzajú, aby prenikli do hlbších tkanív a dostali sa do orgánov. "Mechanizmy, s ktorými sa líšia." Yersinia-Baktérie, ktoré infikujú hostiteľské bunky a riadia ich šírenie v hostiteľovi, sú si veľmi podobné. Vyšetrujeme preto v laboratóriu menej nebezpečného príbuzného z rodiny Yersinia: modelový organizmus Yersinia pseudotuberculosis. Patogén má veľa spoločného s morovým patogénom Yersinia pestis", Hovorí vedkyňa HZI prof. Petra Dersch, vedúca oddelenia" Biológia molekulárnych infekcií ". Nestačí však osídliť tkanivo hostiteľa; baktérie musia tiež zvíťaziť v boji proti imunitnému systému hostiteľa. „Doteraz sa takéto štúdie uskutočňovali iba in vitro, teda v bunkovej kultúre za laboratórnych podmienok. Môže sa imitovať hostiteľské prostredie (vyššia teplota, viac živín), ale nie vplyv imunitného systému, “hovorí Dersch.

Aby vedci lepšie pochopili, ako infekcia Yersinia funguje, musia sa pozrieť na regulačné mechanizmy, ktoré sa uvedú do pohybu, keď patogén ovplyvňuje živého hostiteľa. Za týmto účelom sa Derschová a jej tím pokúsili použiť najmodernejšie sekvenčné metódy a rozsiahle bioinformatické analýzy na infikovaných myšiach na vysvetlenie stratégií a mechanizmov použitých patogénom Yersinia infikuje svojho hostiteľa a to, ako na neho reaguje imunitný systém. Dersch: "Naša analýza tisícov génov na úrovni transkriptomu načrtáva presnú mapu ťažkých bojov počas infekcie patogénom a následnej imunitnej obrany myši."

Pre túto štúdiu bolo skúmané lymfatické tkanivo myší infikovaných Yersiniou, ktoré je úzko spojené s črevom. Infekcia, ktorá najskôr postihne lymfatické uzliny, je typická pre Yersiniu. „Dokázali sme, že hostiteľ reaguje na skorú infekciu Yersiniou masívnou imigráciou obranných buniek, takzvaných neutrofilov,“ vysvetľuje Dersch. Hostiteľ sa navyše snaží zabrániť šíreniu napadnutého zárodku v tkanive produkciou určitých koagulačných faktorov a znehybniť ho. „Koagulačné faktory umožňujú infikovanému hostiteľovi vytvoriť okolo patogénu sieť fibrínových vlákien, takzvanú„ zrazeninu “alebo zrazeninu. Táto štruktúra je tiež veľmi dôležitá pre imunitný systém, ktorý rozpoznáva tieto zhluky buniek ako cudzie a dokáže ich eliminovať. ““

V štúdii vedci dokázali aj to, že malé regulačné molekuly RNA hrajú pri infekcii dôležitú úlohu. Toto je dôležitá stratégia pre baktérie, pretože im umožňuje prispôsobiť sa určitým metabolickým procesom, aby sa rýchlo vyvinuli nové zdroje potravy - takpovediac evolučná adaptácia baktérií na hostiteľa. Pretože konkurujú hostiteľovi o určité ióny kovov, ako je železo, mangán alebo zinok. Baktérie aj hostiteľské bunky majú špeciálne molekuly viažuce železo, pomocou ktorých vzájomne odstraňujú železo a zabezpečujú tak svoje vlastné prežitie. „Napriek silnej imunitnej reakcii nemôže hostiteľ nakoniec zvíťaziť v boji proti bakteriálnej infekcii,“ hovorí Petra Dersch. „Baktérie vstrekujú silné jedy do hostiteľských buniek, takzvaných efektorov, ktoré bunky ničia.“

V ďalšom experimente výskumníci HZI spolu s kolegami z Technickej univerzity v Braunschweigu, Braunschweigovho centra pre systémovú biológiu (BRICS), Univerzity v Saarbrückene a Technickej univerzity v Mníchove taktiež skúmali infekciu Yersinia priamo na úrovni jednotlivých bakteriálnych buniek. Tento prístup k systémovej biológii tiež ukázal, že črevné baktérie sú veľmi schopné adaptovať sa na prostredie v lymfatickom tkanive hostiteľa. "Niektoré kvôli zložitému genetickému prepojeniu." Yersinia-Bunky určité gény virulencie spontánne „zapli“, v iných však nie. Táto rozmanitosť môže zabezpečiť prežitie patogénu v hostiteľovi, pretože napríklad niektoré baktérie sa v budúcnosti lepšie prispôsobia novej situácii v čreve, “vysvetľuje Aaron Nuss, vedec z tímu Petra Dersch. "Doteraz sme neboli schopní presne analyzovať celý rozsah rozmanitosti populácií patogénov - a aké výhody to má pre baktérie." Ak tomu lepšie porozumieme, mohli by sme tiež lepšie bojovať proti týmto patogénom. ““

„Nové možnosti vyšetrenia pomocou najmodernejších technológií nám umožňujú získať dôležitý pohľad na dialóg medzi patogénom a hostiteľom počas infekcie v tkanivách alebo tiež na základe jednotlivých buniek,“ hovorí Petra Dersch. „V budúcnosti budeme tiež schopní vytvárať transkripčné profily ďalších patogénov, aby sme odhalili predtým skryté funkcie génov, ktoré sú nevyhnutné pre prežitie v rôznych hostiteľoch. Toto tiež zlepší identifikáciu potenciálnych východiskových bodov pre drogy. ““

Aaron M. Nuss, Michael Beckstette, Maria Pimenova, Carina Schmühl, Wiebke Opitz, Fabio Pisano, Ann Kathrin Heroven a Petra Dersch: Tkanivový duálny RNA-seq: cesta rýchleho objavenia funkcií špecifických pre infekciu a riboregulátorov formujúcich transkriptomy hostiteľského patogénu. PNAS, 2017, 17. januára; 114 (3), doi: 10,1073/pnas.1613405114.