Сальмонелла использует иммунные клетки для собственного дыхания

Сальмонелла (Salmonella Typhimurium) – частая причина пищевых отравлений. Обычно эта бактерия попадает в организм при употреблении мяса или (особенно часто) зараженных яиц при недостаточной кулинарной обработке. Сальмонеллез сопровождается болью в животе, диареей, рвотой, повышенной температурой. Антибиотики возбудителя не берут. Становится только хуже, так как лекарства убивают полезную кишечную микрофлору, с которой сальмонелла успешно конкурирует.

Причину такой успешности кишечного патогена выяснили ученые из медицинского факультета Калифорнийского университета в Дэвисе (School of Medicine, University of California, Davis). Оказывается, хитрая сальмонелла использует реакцию на нее иммунной системы себе во благо. Ей это удается благодаря редкой особенности метаболизма.

Победить врага его же оружием

При попадании бактерий сальмонеллы в кишечник развивается острое воспаление. Сюда устремляются иммунные клетки, которые совместно с клетками-макрофагами в слизистой кишечника начинают атаковать паразитов. При иммунных реакциях образуются химически активные соединения, такие как оксид азота (NO) и свободнорадикальные формы кислорода. Но только небольшая часть бактерий гибнет от этого оружия, а остальные, напротив, извлекают из него пользу. Колонии кишечных бактерий производят большое количество токсичного сероводорода (H₂S). Клетки слизистой защищаются от сероводорода, переводя его в тиосульфат-ион (S₂O₃^2-). А тиосульфат в присутствии свободных радикалов превращается в тетратионат-ион -- S₄O₆^2-. Ученые выяснили, что сальмонелла умеет использовать тетратионат-ион для дыхания. В анаэробных условиях он служит ей вместо кислорода в качестве акцептора электронов в дыхательной цепи. Это позволяет сальмонелле дышать в кишечнике, где нет кислорода, в то время как остальные бактерии используют для получения энергии ферментацию (процесс намного менее эффективный). Такой тип дыхания обеспечен генами групп ttr. Он дает сальмонелле огромные преимущества перед полезной кишечной микрофлорой. Интересно, что свойство тетратионата усиливать рост сальмонеллы ученые обнаружили еще в 1923 году. Но так как тогда не было известно о присутствии тетратионата в организме, его не связывали с инфекционными свойствами возбудителя.

Умение дышать по-другому очень полезно

Группа Андреаса Боумлера (Andreas Bäumler), профессора медицинской микробиологии и иммунологии, провела несколько экспериментов в пробирке и на мышах.

Обычные бактерии сальмонеллы и мутанты по гену ttrA совместно культивировали в присутствии тетратионата с кислородом и без кислорода. В кислородной среде все бактерии росли одинаково, а в бескислородной «дикая» форма бактерии получала явное преимущество перед мутантной формой: ей помогало тетратионатное дыхание. Мутанты же не могли пойти по этому пути.

Затем ученые заразили одну группу мышей обычной бактерией сальмонеллы, а другую – мутантной по гену ttrA формой. В обеих группах началось острое воспаление кишечника. Используя новую методику, биологи могли у живых мышей измерить количество тех или иных метаболитов в организме. Оказалось, что в первом случае тетратионат расходовался на дыхание, а у мутантных мышей с блокированными генами накапливался в кишечнике.

Когда мышей заразили одновременно «дикой» и мутантной сальмонеллой, то на четвертый день в содержимом кишечника ученые насчитали в 80 раз больше «диких» бактерий, чем мутантных. Воспаление служит непременным условием для перехода на тетратионатное дыхание. В том случае, если исследователи подавляли воспаление при помощи лекарственных средств, «дикая» сальмонелла теряла преимущество в росте.

Очевидно, что, возникнув в ходе эволюции, тетратионатное дыхание оказалось очень полезным приобретением для кишечных паразитов. Сальмонелле оно дает преимущество не только в росте, но и в распространении: чем больше бактерий в кишечнике, тем больше их выделится в окружающую среду и перейдет к новому хозяину.

Открытие метаболической особенности паразитов может указать на поиск принципиально нового пути лечения сальмонеллеза. «Мы надеемся, что лекарства, направленные подавление серосодержащих соединений в кишечнике, должны быть эффективными», -- говорит Боумлер.

Статья о хитрой сальмонелле опубликована в последнем выпуске Nature.