Найти и уничтожить

Этот пост продолжает статью «Рецидивирующий тонзиллит», так что возможно имеет смысл сначала прочитать ее. Там я рассказал об особом механизме, которым пользуется золотистый стафилококк, чтобы укрыться от неблагоприятных условий среды (в т.ч. антибиотиков), и благодаря которому у некоторых людей он вызывает хроническую рецидивирующую инфекцию.

В новой статье я расскажу про разработку специалистов из компании Genentech, позволившую в экспериментах in vivo добраться до внутриклеточного стафилококка и уничтожить его.

Золотистый стафилококк, S.aureus – это условно-патогенная Грам-положительная бактерия, обитающая преимущественно на коже и в носу у примерно 15%-30% взрослых здоровых людей и не доставляющая им никаких хлопот.

Однако, при некоторых состояниях вирулентные штаммы S.aureus могут вызвать инфекцию – чаще местную (как правило, абсцесс), но, если бактерия попадет в кровь и распространится в другие органы – генерализованную. Чаще всего страдают кости, суставы, легкие и клапаны сердца.

Найти такой вирулентный штамм проще всего в больнице, и есть существенный риск того, что это будет MRSA – штамм, резистентный к бета-лактамным антибиотикам. Такие бактерии могут быть устойчивы даже к антибиотикам резерва – ванкомицину, линезолиду и даптомицину.

mrsa

Помимо резистентности стафилококк овладел еще одним навыком, обнаруженным 50 лет назад. Он может выживать внутри захвативших его фагоцитов и активно внедряться внутрь эпителиальных клеток, скрываясь там от неблагоприятных условий среды, в том числе и антибиотиков.

Нейтрофилы и макрофаги, фагоцитировавшие «обычного» стафилококка или MRSA, но не добившие его, превращаются в «Троянских коней», которые разносят притаившуюся внутри них бактерию с током крови по различным тканям.

Исследователи из Genentech сравнивали свободно-плавающую (планктонную) форму MRSA с внутриклеточной формой бактерий, подействовав на них тремя антибиотиками резерва и рифампицином (этот препарат обычно эффективен против внутриклеточных бактерий).

Intracellula protection

Минимальная ингибирующая рост бактерий концентрация (MIC) рифампицина для внутриклеточной формы MRSA была на несколько порядков больше, чем для планктонной формы, а антибиотики резерва вообще не подействовали на бактерии, укрывшиеся в фагоцитах (в эксперименте – в макрофагах ткани брыжейки мышей).

Чтобы убедиться, что внутриклеточная форма MRSA обладает особой вирулентностью, то есть способностью вызывать заболевание, исследователи провели серию in vivo экспериментов на мышах. Одну группу животных они заразили планктонной формой MRSA, а другую группу заразили макрофагами, содержащими стафилококки внутри себя. Инфицированные макрофаги были специально выделены из брыжейки мышей, предварительно зараженных планктонной формой стафилококка.

Intracellular staph infection

Каждую из двух групп мышей поделили еще на две подгруппы, одну из которых лечили физиологическим буферным раствором (PBS), а другую антибиотиком резерва ванкомицином (Vanco).

Эксперимент показал, что и планктонная и чуть в большей степени внутриклеточная формы MRSA активно накапливались в ткани почек животных (это отражает генерализацию инфекции), но при этом ванкомицин блокировал только планктонную форму, а внутриклеточные стафилококки сохраняли способность заражать почки даже на фоне действия антибиотика.

Vancomycin vs intracellular staph

Затем исследователи посмотрели будет ли разница между планктонной и внутриклеточной формами MRSA в модели гематогенного остеомиелита. Для этого они обе формы бактерий культивировали на монослое остеобластов (MG63 на картинке) в среде, содержащей ванкомицин.

Intracellular staph vancomycin

Этот эксперимент воспроизвел ситуацию, в которой зараженные стафилококками фагоциты, попадают в костную ткань, погибают в ней и освобождают живых бактерий, которые тут же инфицируют клетки ткани (в данном случае клетки костной ткани).

Часть планктонных стафилококков, которые успели укрыться в остеобластах прежде, чем ванкомицин убил их, выжили, но их было незначительное количество. Зато MRSA, которые «пересели» из фагоцитов в остеобласты, не только спокойно пережили действие антибиотика но и всего лишь за сутки увеличили численность своей колонии почти на порядок (с 105 на 106 в правой части рисунка).

Эксперименты показали, что внутриклеточное заражение фагоцитов позволяет стафилококкам беспрепятственно перемещаться с кровью по организму и инфицировать ткани. И это на фоне терапевтических дох антибиотика резерва, эффективного против планктонной формы этого же штамма. Если похожие события происходят в патогенезе стафилококковых инфекций у человека, то имеет смысл разрабатывать методы уничтожения именно внутриклеточных форм этой бактерии.

Авторы статьи создали конъюгат, состоящий из противостафилококкового моноклонального антитела, приготовленного по технологии THIOMAB™ (антитело специально доработано для эффективной конъюгации с полезной нагрузкой), и бактерицидного «заряда» – антибиотика Rifalogue (производное рифампицина) с активностью против стафилококка.

Antibody with rifalogue

Пока антибиотик находится в комплексе с антителом он пребывает в неактивной форме. Для того, чтобы антибиотик активировался он должен отцепиться от антитела, а это может произойти только под действием внутриклеточных ферментов, то есть конъюгат должен оказаться в зараженной стафилококком клетке.

Антитело обладает высокой специфичностью к гликополимерам на клеточной стенке стафилококка. Оказавшись поблизости от бактерии, находящейся еще пока за пределами клетки, антитела облепляют ее клеточную стенку (это называется опсонизация) и таким образом «наводят» на бактерию ближайший фагоцит.

Фагоцит захватывает стафилококк вместе с прикрепившимися к нему конъюгированным антителами, и вся эта компания оказывается внутри его фаголизосомы. Там под действием ферментов конъюгат разрушается, антибиотик отсоединяется и переходит в активную форму. Исследователи посчитали, что 1,000 конъюгатов на одной бактерии достаточно для того, чтобы накопить эффективную концентрацию антибиотика и убить MRSA внутри фагоцита.

Rifalogue released

Rifalogue – это специально доработанная форма рифампицина, обладающая повышенной стабильностью в кислой среде фаголизосомы.  Уже через 5 минут после захвата бактерии начинается освобождение антибиотика.

Antibody rifalogue cleavage

Серые тени – это макрофаги. Красный маркер – конъюгат, зеленый – отсоединившийся антибиотик.

Аналогичным образом удалось убить стафилококков не только внутри макрофагов, но и внутри эпителиальных и эндотелиальных клеток.

Далее исследователи проверили может ли их конъюгат предотвратить заражение других клеток (эндотелия головного мозга) от инфицированного стафилококком фагоцита. Для этого опять часть мышей заразили планктонными стафилококками, а часть инфицированными фагоцитами.

intracellular staph brain

Животные получали PBS (пустышка), или ванкомицин, или ванкомицин с конъюгатом (ACC). Через 4 дня инфекции исследователи изучили у всех животных бактериальное заражение мозга.

Результаты показали, что только AAC (и всего лишь при однократном введении) эффективно блокировал заражение эндотелиоцитов мозга внутриклеточными формами MRSA. Ванкомицин с этим не справлялся, зато он полностью блокировал заражение мозга планктонными формами.

Эта работа показала, что внутриклеточные формы стафилококков не только хорошо сопротивляются антибиотикам (даже препаратам резерва), но и обладают выдающейся вирулентностью.

Придуманный в Genentech элегантный способ блокировать заражение фагоцита и тем самым предотвратить появление внутриклеточных форм MRSA может стать неплохим дополнением в арсенале средств по борьбе с MRSA-инфекциями. Возможно, этот подход внесет какой-то вклад и в лечение пациентов с рецидивирующими неинвазивными инфекциями.

Добавить комментарий

Такой e-mail уже зарегистрирован. Воспользуйтесь формой входа или введите другой.

Вы ввели некорректные логин или пароль

Извините, для комментирования необходимо войти.

2 комментария

по хронологии
по рейтингу сначала новые по хронологии
1

Интересно, какова эффективность бактериофагов при данных локализациях золотистого стафилококка.

Автор2

Да, интересно. Я пока на этот счет ничего не видел.