Ученые выяснили, в какой части клетки «прячутся» возбудители туберкулеза

02.07.2019



Группа сибирских и уральских исследователей проанализировала взаимодействие возбудителей туберкулеза с клеткой-хозяином — макрофагом. Установлено, что палочка Коха способна жить и размножаться только в пределах фагосомы (органеллы, предназначенной для переваривания чужеродного субстрата), а не во внутриклеточной среде, как считалось ранее. Детали изложены в журнале Tuberсulosis.

Понимание взаимоотношений бактерии с клеткой-хозяином необходимо для создания новых вакцин и стратегий лечения, особенно для лекарственно устойчивых форм туберкулеза: например, развития метода «host-directed therapy» (Терапия, направленная на хозяина. — Прим.ред.), предполагающего стимуляцию макрофага, чтобы он сам уничтожал бактерии.

(jpg, 15 Kб)

 

Палочки Коха (Mycobacterium tuberculosis) попадают в легкие человека воздушно-капельным путем и инфицируют альвеолярные макрофаги. Последние не способны разрушить микобактерии и в результате становятся для них своеобразным «домом». В свою очередь, микроорганизмы избегают иммунного ответа организма и действия лекарственных средств, что делает палочки Коха очень распространенным в человеческом обществе патогеном. В норме поглощенные фагоцитом чужеродные объекты обособляются внутри него, в фагосоме, к мембране которой присоединяется лизосома и разрушает чужака, микобактерия же обладает способностью уклониться от «переваривания» ферментами лизосомы.

«В последнее десятилетие в научном сообществе развивалась концепция, показывающая, что палочка Коха разрушает фагосому, выходит в цитоплазму (внутриклеточную среду макрофага), где именно и способна размножаться и откуда может легко распространяться и заражать окружающие клетки. Работы, подтверждающие такую точку зрения, были сделаны в основном при инфицировании in vitro (в искусственно созданной среде) постоянных клеточных линий мыши и человека разными лабораторными штаммами микобактерий. Наши же исследования показали, что палочки Коха остаются именно в фагосомах клеток-хозяев пациентов, больных туберкулезом легких, причем в них присутствуют как единичные микроорганизмы, так и их колонии, в том числе и той морфологии, которая свидетельствует о высокой вирулентности возбудителя заболевания», — объясняет старший научный сотрудник Научно-исследовательского института биохимии Федерального исследовательского центра фундаментальной и трансляционной медицины кандидат биологических наук Елена Геннадьевна Уфимцева.

Чтобы оценить взаимоотношение палочек Коха с клетками-хозяевами сотрудники НИИ биохимии ФИЦ ФТМ и ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» вместе с коллегами из Уральского научно-исследовательского института фтизиопульмонологии НМИЦ ФПИ Минздрава РФ исследовали живые альвеолярные макрофаги с микобактериями. Эти клеточные культуры удалось получить из разных туберкулезных очагов и удаленных от них небольших фрагментов легких от 26 прооперированных пациентов, больных туберкулезом легких.

«На первом этапе эксперимента мы для части альвеолярных макрофагов растворяли их клеточную мембрану, но не оболочку фагосом, и вводили специальные антитела с флуоресцентными метками, чтобы обнаружить микобактерии. В других макрофагах растворяли обе мембраны и также “красили” препарат на палочки Коха. Аналогичную процедуру проводили и с клетками с нетронутыми оболочками. После анализа полученных препаратов на конфокальном микроскопе выяснилось, что микобактерии маркируются антителами только в тех макрофагах, где растворены и клеточная, и фагосомная мембраны. Это свидетельствует в пользу того, что в живых альвеолярных макрофагах микобактерии не находятся в цитоплазме клетки. Второй этап эксперимента по выявлению кислотоустойчивых бактерий (к ним относятся возбудители туберкулеза) в изученных ранее иммунофлуоресцентно-окрашенных препаратах позволил окончательно убедиться в том, что палочки Коха располагались в фагосомах клеток-хозяев, полученных из легких исследованных пациентов», — рассказывает Елена Уфимцева.

 (jpg, 27 Kб)

По словам исследовательницы, в некоторых случаях микобактерии могли перемещаться в цитоплазму при длительном ex vivo (эксперименты на живой ткани организма в искусственной среде) культивировании клеток пациентов, больных туберкулезом легких, но это происходило лишь когда альвеолярные макрофаги входили в предапоптозное состояние (апоптоз — генетически запрограммированная клеточная гибель — Прим. ред.), а потом погибали.

«Мы наблюдали ситуацию, когда альвеолярные макрофаги, полученные от пациента № 24, на пятый день ex vivo культивирования “ушли” в апоптоз. Мы повторно провели в этой культуре наш эксперимент с растворением внешней мембраны клеток, окраской на палочки Коха — и обнаружили последние в цитоплазме некоторых клеток исследованного пациента. Я предполагаю, что с альвеолярными макрофагами перед гибелью происходят определенные изменения, микобактерия это сразу улавливает и, разрушив мембрану фагосомы, каким-то образом покидает этот компартмент», — добавляет Елена Уфимцева.

Дальнейшие исследования ученых будут направлены на поиск механизма, с помощью которого палочкам Коха в фагосоме, удается избегать слияния с лизосомами, хотя эта органелла активно участвует в обычном трафике веществ внутри клеток легких пациентов, больных туберкулезом. В том числе и в альвеолярных макрофагах, инфицированных микобактериями.

Надежда Дмитриева

Иллюстрации предоставлены Еленой Уфимцевой

Источник: Наука в Сибири

©РАН 2019