Бактерий-«вампиров» привлекает серин в сыворотке крови

Некоторые кишечные бактерии из группы Enterobacteriaceae, обладающие множественной лекарственной устойчивостью, вызывают серьезные инфекции желудочно-кишечного тракта, которые сопровождаются кровотечениями. К числу таких бактерий относятся Salmonella enterica, энтерогеморрагенная Escherichia coli (EHEC), Citrobacter koseri и Enterobacter cloacae. Как эти бактерии взаимодействуют с кровью, проникающей в желудочно-кишечный тракт, было неясно: с одной стороны, кровь содержит множество питательных веществ, необходимых для бактерий, но, с другой стороны, в ней содержатся и факторы, подавляющие пролиферацию бактерий. Американские ученые показали, что все исследованные ими бактерии демонстрируют хемотаксис к плазме крови, причем важнейшим аттрактантом служит L-серин.

Чтобы смоделировать кровотечение в ЖКТ in vivo, ученые разработали специальную микрофлюидную систему, в которой капля плазмы крови подается в полость с подвижными бактериями. За изменениями они наблюдали в реальном времени с помощью микроскопии. Система получила название CIRA (chemosensory injection rig assay). С помощью CIRA можно наблюдать за хемотаксисом бактерий и их локализацию в ответ на добавление сыворотки.

Чтобы исследовать хемотаксис в ответ на сыворотку крови, ученые сначала использовали серологический вариант (серовар) S. Typhimurium IR715, производный от серовара ATCC 14028. Он изначально был выделен от домашних кур и активно используется для изучения патогенеза сальмонеллы. В эксперименте была использована человеческая сыворотка, которая не была инактивирована с помощью тепловой обработки, а также не подвергалась химическим и физическим воздействиям. Исследователи наблюдали за движениями клеток IR715, которые содержат флуоресцентный маркер mPlum, и их взаимодействием с человеческой сывороткой в течение 5 минут. Оказалось, что бактерии быстро перемещались в сторону сыворотки. Такие же результаты были получены на других сероварах сальмонеллы, хотя бактерии и двигались в направлении сыворотки с разными скоростями. Ученые подметили, что бактерии размером от 50 до 75 мкм эффективнее всех движутся в сторону сыворотки, возможно, вследствие того что у клеток такого размера наступает компромисс между доступностью питательных веществ, присутствующих в сыворотке, и содержащихся в них бактерицидных веществ, однако такой результат воспроизводился не во всех экспериментах.

Дальнейшие исследования показали, что важнейшую роль в хемотаксисе сальмонелл в сторону сыворотки играет рецептор Tsr, который, по литературным данным, распознает L-серин, норадреналин и 3,4-дигидроксиманделовую кислоту (DHMA). За таксис к рибозе, глюкозе или галактозе отвечает рецептор Trg, а рецептор Tar обеспечивает чувствительность к L-аспартату. Наиболее сильными хемоаттрактантами оказались глюкоза и L-серин. Используя мутантный серовар сальмонеллы, неспособный к хемотаксису из-за делеции cheY, исследователи показали, что именно хемотаксис отвечает за движение бактерий к крови. Мутанты по гену Tsr также были неспособны к хемотаксису, причем, как было показано на сероваре S. Typhimurium IR715, именно L-серин служит ключевым хемоаттрактантом. Авторы работы также провели структурные исследования и в деталях установили, как именно Tsr взаимодействует с L-серином. Наконец, они установили, что только L-серин, но не норадреналин и DHMA служат лигандами для Tsr сальмонелл.

Сыворотка крови — важный ресурс для сальмонелл. Несмотря на присутствие бактерицидных агентов, сыворотка дает бактериям преимущество. Полученные на самольнеллах результаты, по всей вероятности, можно распространить на такие кишечные патогенные бактерии, вызывающие кровотечения, как Escherichia, Citrobacter и Enterobacter, так как в их геномах закодированы ортологи Tsr, содержащие мотив, взаимодействующие с L-серином. Исследователи даже создали базу данных организмов, обладающих предполагаемые ортологи Tsr. Больше всего бактерий, экспрессирующих Tsr, входят в состав семейств Enterobacteriaceae, Morganelliaceae и Yersiniaceae.

Наконец, авторы работы повторили эксперименты на сыворотке крови лошади и свиньи и подтвердили результаты, полученные на сыворотке человека. Ученые показали, что свинья хорошо подходит для моделирования геморрагических инфекций ЖКТ, вызванных сальмонеллами. Таким образом, ученые подтвердили новую стратегию поведения желудочно-кишечных патогенных бактерий — «бактериальный вампиризм».

Бактерии двигаются к источнику антибиотика в самоубийственной атаке