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.
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)](/FStorage/Download.aspx?id=1416a406-d203-41cc-acfb-14ef5fed0baa)
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