Используя инновационный метод, разработанный ими для изучения инфекционного процесса, исследователи из Медицинского центра Beth Israel Deaconess (BIDMC) установили более безопасный способ изучения бруцеллы. В ходе раннего тестирования модели исследовательская группа наблюдала неожиданное и ранее недокументированное взаимодействие во время инфекционного процесса. Оказалось, что присутствие другого патогена улучшает инфекционный потенциал Brucella. Отчет опубликован в журнале Infection and Immunity.
«Наш набор инструментов прост, универсален и применим к любому типу патогенов», — сказал Джеймс Кирби, доктор медицинских наук, директор лаборатории клинической микробиологии BIDMC и доцент кафедры патологии Гарвардской медицинской школы. «Это будет то, что поможет научному сообществу более эффективно изучать инфекционные заболевания в будущем, потому что интересующие штаммы бактерий можно создать так легко, сэкономив много времени и усилий».Кирби и соавтор Юн-Сок Канг, доктор философии, научный сотрудник лаборатории Кирби, использовали свою технику для создания особого штамма бруцеллы, испускающего цветной свет, чтобы им было легче наблюдать, как он заражает клетки-хозяева в лаборатории.Четыре вида бруцелл, которые могут инфицировать людей, обычно встречаются у коз, овец, крупного рогатого скота, свиней и собак, классифицируются как потенциальные организмы, представляющие биологическую опасность, которые должны быть изучены в специально оборудованных лабораториях уровня биобезопасности для их содержания.
Но Кирби и Канг использовали другой вид бруцелл, B. neotomae, который, как известно, заражает только грызунов, чтобы выяснить, есть ли у него достаточно общего со своими более опасными родственниками, чтобы служить более безопасной исследовательской моделью для всех видов бруцелл. .Наблюдая за их обычным штаммом, Кирби и Кан стали свидетелями беспрецедентного взаимодействия между B. neotomae и Legionella pneumophila, патогеном, вызывающим болезнь легионеров у людей.Генетически измененный штамм B. neotomae не только излучает свет, но и лишен необходимой физической структуры — молекулярного шприца — для атаки клеток-хозяев. Сами по себе эти искусственно созданные бактерии не могут расти и размножаться внутри клетки-хозяина. Однако, когда клетки-хозяева были коинфицированы этим штаммом Brucella и L. pneumophila, также сконструированными так, чтобы излучать цветной свет, в то же время безвредные B. neotomae процветали.
Фактически, Кирби отмечает, что эта оторванная версия B. neotomae росла лучше в присутствии L. pneumophila, чем вирулентная бруцелла, обычно обходящаяся без нее.«Легионелла обеспечила все факторы, необходимые Brucella для заражения», — сказал Кирби. «Это было совершенно неожиданно. Это подчеркивает, что патогены могут взаимодействовать неожиданным образом. Целое больше, чем сумма его частей».
Новый метод исследователей создает светоизлучающие бактерии, вводя гены флуоресцентных белков в их геномы. Сама по себе концепция не нова, но генетический «набор инструментов», разработанный Кирби и Кангом, значительно упрощает процесс за счет использования простых в управлении генов, называемых транспозонами, которые иногда называют прыгающими генами, для быстрого и безопасного маркирования бактерий.Метод Кирби и Канга позволяет избежать одного существенного недостатка традиционных методов маркировки бактерий для изучения.
Как правило, ученые выделяют бактерии для изучения, создавая устойчивые к лекарствам штаммы и выращивая их в чашке Петри, пропитанной антибиотиками, которые убивают любые бактерии, не имеющие отношения к эксперименту.«Это то, что нас беспокоит», — сказал Кирби, чья лаборатория также стремится разработать новые противомикробные препараты, поскольку устойчивые к лекарствам бактерии становятся все более серьезной проблемой во всем мире. «Мы не хотим делать бактерии более устойчивыми к антибиотикам. Наш инструментарий не будет способствовать устойчивости ко всему, что может быть использовано в терапии человека».
Эта работа была поддержана грантами Кирби из Национального института аллергии и инфекционных заболеваний, входящего в состав Национальных институтов здравоохранения, под номерами наград R01AI099122, R21AI112694 и R21AI076691.