Результаты, опубликованные в Cell Host Микроб может позволить ученым разработать методы лечения туберкулеза — одной из самых серьезных проблем в области здравоохранения в мире — без использования антибиотиков, а это означает, что даже устойчивые к антибиотикам штаммы могут быть устранены. Исследование было проведено в сотрудничестве с учеными из Университета Осло, Института биологии инфекций Макса Планка в Германии и Института молекулярных наук о жизни Радбауда в Нидерландах.«Мы пытаемся лучше понять, как наши клетки убивают бактерии, с целью повышения естественной защиты людей в сочетании с традиционными методами лечения туберкулеза», — говорит Максимилиано Гутьеррес, руководитель группы Института Фрэнсиса Крика, руководивший исследованием.Иммунные клетки, называемые макрофагами, распознают и поглощают Mycobacterium tuberculosis — бактерию, вызывающую туберкулез, — закрепляя ее в плотно прилегающих внутренних отсеках, известных как фагосомы.
Но до того, как ферменты и токсичные продукты могут попасть в фагосому, чтобы убить бактерию, M. tuberculosis часто ускользает, прокалывая отверстия в мембране фагосомы и проникая в клетку. При этом M. tuberculosis убивает клетку, а затем питается ее питательными веществами.Визуализируя инфицирование клеток туберкулезными бактериями в режиме реального времени, команда обнаружила врожденный механизм, который предотвращает повреждение фагосом M. tuberculosis: фагосомы увеличены, так что бактерии не могут легко достичь и проколоть отверстия в мембране.
Это дает клетке достаточно времени, чтобы в нее вошло оружие, убивающее бактерии, прежде чем бактерия получит шанс спастись.«Мы уже давно знаем, что существуют плотные и просторные фагосомы, но только сейчас становится ясно, почему существует два типа», — говорит Лаура Шнеттгер, первый автор статьи и бывший аспирант в лаборатории Максимилиано в Крике.
Помечая различные компоненты макрофага флуоресцентными маркерами, команда смогла увидеть увеличение фагосом, содержащих M. tuberculosis, в режиме реального времени под микроскопом. Они заметили, что M. tuberculosis не может покинуть эти увеличенные мембранные мешочки и что антибактериальные компоненты доставляются более эффективно.Команда обнаружила, что, когда макрофаги начинают работать, поглощая M. tuberculosis, белок, известный как Rab20, доставляет дополнительный мембранный материал к фагосомам, содержащим M. tuberculosis, для их увеличения.
«Если представить клетку как город с множеством различных видов транспорта, тогда Rab-белки являются главными регуляторами общественного транспорта. Они сообщают компонентам клетки, куда идти», — объясняет Максимилиано. «Rab20 направляет больше мембраны к фагосоме, увеличивая ее и предотвращая выход бактерий».Команда также проанализировала типичный материал с кашлем от пациентов с активным туберкулезом. Они обнаружили, что у этих пациентов в организме было больше Rab20, чем у людей без туберкулеза, что подтверждает идею о важности Rab20 в борьбе с туберкулезной инфекцией.
«Очень большая часть людей, которые, вероятно, подвержены заражению M. tuberculosis, могут избавиться от инфекции без развития полномасштабного туберкулеза», — говорит Максимилиано. «Возможно, в этом играет роль естественный механизм тела по увеличению фагосом».«Захват и ускользание M. tuberculosis в клетках — это очень динамичный процесс, поэтому единственный способ понять, что происходит, — это визуализировать клетки в реальном времени с очень высоким разрешением. Мы — одна из немногих лабораторий в мире. которые могут выполнять долгосрочную визуализацию живых клеток с субклеточным разрешением с инфраструктурой безопасности, необходимой для работы с опасными для жизни бактериями ».