Инъекция вирулентности

Обычно люди считают, что то, что они съели, оказалось «внутри» нас. Но это не совсем так. Просвет пищеварительного тракта для нашего организма – это внешняя среда.

Человек – это результат долгой эволюции многоклеточных организмов, которые, в свою очередь, когда-то давно были колониями одноклеточных. Всякая колония стремится оградить себя от окружающей среды, чтобы внутри огороженной территории накапливать запасы, распределять их между участниками и размножаться. Для этого свои границы приходится защищать.

губки

Поэтому, даже в примитивных многоклеточных организмах, скажем, морских губках, есть специальные клетки, отвечающие за контроль территории – чтобы внутри был порядок и не было чужаков. Эти клетки (в губках их называют амебоциты) выполняют иммунные функции.

Губки, например, умеют отличать свою ткань от чужой. Если одной губке пересадить ткань другой губки того же вида, то трансплантат будет отторгнут, а если пересадить свою собственную – приживется.

иммунная система губок

И это в примитивной губке, а организм человека устроен гораздо сложнее и «разделение труда» между клетками и тканями у нас регулируется значительно тоньше. Наш внутренний мир (в биологическом смысле) огражден от внешнего мира большим количеством сложно устроенных барьеров.

Кожа – лишь один из них, хотя и очень важный. Скорее всего, вы слышали про гемато-энцефалический барьер (ГЭБ), отделяющий ткань головного и спинного мозга от просвета питающих кровеносных сосудов. Похожий барьер существует и в пищеварительном тракте – можем его назвать гемато-кишечный барьер (ГКБ). Он становится еще одним препятствием на пути микроорганизмов, стремящихся попасть в кровь.

C точки зрения Эволюции, пищеварительная система – это порт в организм человека, внешняя среда, из которой проще всего попасть во внутреннюю, чтобы начать там паразитировать. Просто потому что едим мы каждый день, а значит максимальные шансы «пройти» именно здесь. Поэтому вдоль всего желудочно-кишечного тракта расположена иммунная ткань, в которой сосредоточена бОльшая часть всех иммунных клеток человека.

Совместная правильно налаженная работа ГКБ и иммунной системы пищеварительного тракта (gut-associated lymphoid tissue) позволяет есть самые разнообразные продукты, колонизировать симбиотические бактерии и отбивать атаки патогенных микроорганизмов. Если бактерии все-таки проникают сквозь плотный слой кишечных эпителиальных клеток, то их дальнейшая судьба, в лучшем случае, – оказаться в ближайшем лимфатическом узле, обслуживающим лимфоидную ткань пищеварительного тракта. Там бактерия будет уничтожена, а ее антигены презентированы Т-лимфоцитам.

Но вот, что любопытно. Вы знаете, наверное, что все питательные вещества, всосавшиеся сквозь стенки кишки в ее ткань, оказываются в печени. Это происходит благодаря системе вен, собирающих кровь из пищеварительного тракта и направляющих их в портальную вену печени. Кровеносные сосуды, как и лимфатические сосуды расположены совсем близко к эпителию пищеварительного тракта, но бактерии обычно попадают в лимфатические и очень редко в кровеносные.

Почему так?

Ответ на этот вопрос дает грамотрицательная бактерия Salmonella typhimurium – самый видный возбудитель сальмонеллез. Она, как раз, отлично проникает в кровеносные сосуды и мигрирует в печень и селезенку.

сальмонелла

В минувшем ноябре вышла работа, в которой группа итальянских авторов описала воздействие этой бактерии на гемато-кишечный барьер. Они изучили проницаемость ГКБ у здоровых мышей и у мышей, зараженных S. Typhimurium. У контрольных животных ГКБ пропускал частицы до 70кДа, а все, что больше – успешно отфильтровывал. Однако, у зараженных животных барьер начинал свободно пропускать большие частицы.

вирулентность сальмонеллы

Картинка из статьи Romain Bouziat и Bana Jabri, Science, 2015.

Эндотелиальные клетки в ГКБ, как и в эпителиальном слое пищеварительного тракта, образуют плотные контакты. Размеры щелей между двумя соседними клетками работают, как поры фильтра и задают размер молекул или клеток, которые могут между ними протиснуться. «Теснота» контакта между двумя эндотелиальными или эпителиальными клетками зависит от работы молекул адгезии, которые прошивают плазматическую мембрану и одной стороной цепляются за адгезионные молекулы соседней клетки, а другой стороной – за компоненты цитоскелета своей клетки.

адгезины

Оказалось, что Salmonella typhimurium «чудесным образом» может регулировать «зазоры» между человеческими эндотелиальными и эпителиальными клетками.

Как она это делает?

Для этого у сальмонеллы (и не только у нее) есть специальный клеточный аппарат, который называется Type III Secretion System (TTSS). Это, по сути, иголка вроде той, которой накачивают спортивные мячики.

Внутренняя часть TTSS находится в мембране бактерии, а сама игла торчит из нее наружу, как шип. Этим шипом она «протыкает» мембрану эпителиальной или эндотелиальной клетки человека и впрыскивает в нее вирулентные факторы – белки, подготавливающие ткань к заражению.

TTSS

Это выглядит примерно так –

При помощи своей TTSS сальмонелла вводит в эпителиальную клетку кишки или эндотелиальную клетку кровеносного сосуда человека факторы, подавляющие адгезионный аппарат клеток (через воздействие на белок β-катенин и Wnt). Таким образом, она увеличивает зазор между клетками, повышая проницаемость барьера до такой степени, чтобы успешно его преодолеть.

Обнаруженная подлость навела ученых на мысль о том, чтобы попытаться научиться регулировать плотность контактов между клетками, чтобы ограничивать распространение бактерий по организму. Для начала они испытали эту концепцию на мышах с генетической моделью гиперэкспрессии β-катенина в эндотелиоцитах. У таких мышей salmonella проникнуть в сосуды не смогла.

Меня в этой работе привлек еще один момент — а ну как, когда-нибудь создадут перепрограммированную бактерию, которая через эту иглу будет вводит в клетку лекарство?

Добавить комментарий

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

Вы ввели некорректные логин или пароль

Извините, для комментирования необходимо войти.

3 комментария

по хронологии
по рейтингу сначала новые по хронологии
1
C точки зрения Эволюции, пищеварительная система – это... внешняя среда

Впечатлило меня представление о том, что человек - это такой тор неправильной формы. А снаружи - повсюду внешняя среда. Ушла осмыслить.

Автор2

Пищеварительный тракт - это трубка, проходящая сквозь тело. Все, что внутри нее - это снаружи, с "точки зрения" нашего организма 🙂

3

И если эту же точку зрения принимает сторонний наблюдатель, то получается: