Ключевым ингредиентом существующей вакцины против коклюша является неактивная форма токсина коклюша. Активный токсин коклюша действует, проникая в лейкоциты и химически модифицируя категорию G-белков, которые являются важными сигнальными молекулами.
Эти модифицированные G-белки больше не могут связываться со своими рецепторами, что нарушает важную передачу сигналов внутри клетки, локально отключая иммунный ответ и позволяя бактериям размножаться. Неактивный коклюшный токсин, обнаруженный в вакцине, учит иммунную систему избегать этого замалчивания.Белки, подобные токсину коклюша, производятся многими бактериями, но относительно мало известно о том, что они делают и как работают.
Исследовательская группа под руководством Джейми Россджона из Университета Монаш в Мельбурне, Австралия, была заинтересована в изучении разнообразия малоизученных коклюшноподобных токсинов и в том, что можно извлечь из них.«[Токсин коклюша] действительно представляет собой удивительную молекулу, и он играет очень важную роль в вакцине от коклюша», — сказала Ден Литтлер, научный сотрудник, руководивший работой. «Меня очень воодушевила идея, что другие формы этого токсина могут быть в других бактериях, возможно, в бактериях, вызывающих длительные хронические инфекции, когда бактериям совершенно необходимо отключать иммунную систему, чтобы жить».Литтлер и его коллеги искали последовательности ДНК, подобные тем, которые кодируют токсин коклюша, среди опубликованных геномов бактерий.
Они обнаружили ряд последовательностей токсинов, похожих на коклюш, в геномах подмножества штаммов E. coli, которые могут жить доброкачественно в кишечнике, но вызывать симптомы, если попадают в кровь или мочевыводящие пути. Это было ключом к разгадке того, что коклюшоподобные токсины широко распространены среди патогенных E. coli, но было неизвестно, действует ли коклюшноподобный токсин E. coli или EcPlt так же, как коклюшный токсин.«Меня особенно интересовало, что произошло, когда токсины [продуцируемые кишечной палочкой] оказались внутри клетки», — сказал Литтлер.
Многие исследования бактериальных токсинов изучают, как токсины впервые попадают в клетки и как они влияют на клетку, а не совсем точно, как токсин изменяет — и изменяется — внутриклеточная среда.Команда провела биохимические исследования EcPlt из бактериального штамма, вызывающего инфекции мочевыводящих путей. Они подготовили первый отчет об активной форме EcPlt в клетках человека, описывая, как химическая среда внутри клетки заставила белок изменить форму и активироваться.
Они также обнаружили, что, хотя EcPlt модифицирует тот же G-белок и нарушает тот же путь передачи сигналов, что и коклюшный токсин, это происходит несколько иначе. Токсин коклюша способен модифицировать только одну конкретную аминокислоту в своем белке-мишени G человека; если эта аминокислота изменится, то токсин коклюша больше не повлияет на белок G. EcPlt, с другой стороны, модифицировал другую аминокислоту, но аналогичным образом нарушал передачу сигналов G-белка.«Возможно, то, как коклюш вызывает [эту модификацию], человеческим клеткам просто сложнее отменить», — сказал Литтлер, размышляя о том, почему коклюш, вызванный токсином коклюша, является более серьезным заболеванием, чем инфекции мочевыводящих путей, вызываемые бактериями, продуцирующими EcPlt.Литтлер надеется, что понимание естественного разнообразия коклюшных токсинов может помочь улучшить существующие вакцины и создать новые.
«Наши структуры токсинов помогают определить, как действуют коклюшные токсины, и помогают определить способы производства неактивных версий», — сказал Литтлер. «Компонент коклюшного токсина в вакцине DTaP очень эффективен. Вакцины, направленные против других коклюшноподобных белков, могут быть столь же эффективными в профилактике заболеваний».