Показано, что внутриклеточные механизмы способствуют распространению смертельной бактериальной инфекции

Исследователи из Northwestern Medicine обнаружили новые белковые механизмы, способствующие быстрому распространению Vibrio vulnificus — редкой, но смертельно опасной бактерии, которая может вызывать вибриоз и сепсис, согласно результатам, опубликованным в журнале Труды Национальной академии наук.

Бактерии Vibrio vulnificus обитают в теплых прибрежных водах и могут вызывать тяжелую инфекцию при попадании в организм. Большинство людей заражаются вибриозом от этих бактерий, употребляя в пищу сырых или недоваренных моллюсков, особенно устриц, или плавая с открытой раной.

В Соединенных Штатах вибриозом заболевают около 150–200 человек в год. Однако, по данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, 20% из них умрут от этой болезни. Число случаев продолжает расти из-за изменения климата, а люди с ослабленным иммунитетом, особенно с заболеваниями печени, подвергаются более высокому риску заболевания.

«Это действительно главная причина, по которой вы слышите, что не следует употреблять устрицы в те месяцы, в названии которых нет буквы «р»: потому что теплые воды океана позволяют Vibrio vulnificus размножаться и могут вызывать это смертельное заболевание», — говорит Карла Сатчелл, доктор философии, профессор микробиологии имени Энн Стюарт Йоманс и старший автор исследования.

Более десяти лет лаборатория Сэтчелла изучает вибриоз и основные механизмы, позволяющие Vibrio vulnificus повреждать стенку кишечника и выделять токсины, вызывающие тяжелые желудочно-кишечные инфекции.

Предыдущая работа группы Сэтчелла обнаружила, что эта инфекция опосредована выработкой большого токсина, называемого Multifunctional-Autoprocessing Repeats-In-Toxin (MARTX). Внутри MARTX находятся еще более мелкие токсины, которые способствуют инфекции, наиболее распространенным из которых является Makes Caterpillars Floppy-like (MCF).

Кроме того, группа Сэтчелла обнаружила, что токсин MCF взаимодействует с определенным подтипом белков, называемых факторами рибозилирования аденозиндифосфата (ARF), которые помогают опосредовать клеточную функцию и присутствуют во всех эукариотических клетках.

«Мы думаем, что, возможно, именно эти консервативные белки, которые используются Vibrio vulnificus для активации, позволяют ему вызывать различные инфекции», — говорит Альфа Эррера, доктор философии, старший научный сотрудник лаборатории Сэтчелла и ведущий автор исследования.

В текущем исследовании ученые использовали метод машинного обучения Alphafold2, чтобы предсказать структуру этих человеческих белков, взаимодействующих с токсином MCF, который способствует инфекциям Vibrio vulnificus. Используя этот метод, ученые обнаружили, что MCF прикрепляется к половине всех гуанозинтрифосфатаз (ГТФаз) семейства Rab и разрушает их, белков, которые поддерживают все аспекты клеточной функции и выживания.

«Это было действительно интересно, потому что это позволило нам определить, как препарат воздействует на эти белки, как он на самом деле вызывает их деградацию, приводящую к гибели клеток», — сказал Эррера.

По словам Эрреры, этот механизм, запускаемый MCF для содействия инфицированию, также наблюдался у других бактерий, что позволяет предположить, что этот механизм может стать перспективной терапевтической целью для лечения других заболеваний с нарушенной регуляцией Rab GTPases, включая рак.

«Мы думаем не только об инфекциях, но и о том, что если мы сможем манипулировать нашим конкретным токсином, чтобы воздействовать на нужные нам белки, то, возможно, мы сможем использовать это для лечения заболеваний у людей», — сказал Эррера.

По словам Сэтчелла, в исследовании также подчеркивается прямое влияние изменения климата на распространение заболеваний, особенно в США, а также то, как изучение заболевания и мониторинг его распространенности могут помочь в разработке профилактических мер общественного здравоохранения.

«Проводится много действительно интересных исследований, изучающих, как изменение климата влияет на инфекции в Соединенных Штатах, и Vibrio vulnificus — одна из основных моделей, которая используется для отслеживания, поскольку это редкое заболевание, заболеваемость которым растет с потеплением морской воды», — сказал Сэтчелл.