Борьба E.coli и E.coli

Исследователи из Медицинского колледжа Университета Цинциннати утверждают, что штамм E. coli Nissle не только не опасен для человека, но и может также защищать наши клетки от патогенных штаммов E. coli, таких как E. coli 0157: H7, которые можно обнаружить, например, в испорченном мясе.

Кишечная палочка, или бактерия E.coli, является одним из самых известных кишечных патогенов. Однако далеко не все штаммы производят опасные для человека токсины: уже более века штамм E.coli Nissle используется в качестве пробиотика. Он был выделен в 1917 году от немецкого солдата, который оставался здоровым, в то время как его товарищи стали жертвами инфекции, вызванной шигеллами. В настоящее время в некоторых странах он также применяется для лечения воспаления кишечника. Американские ученые задались вопросом, может ли этот штамм защитить кишечную ткань от патогенных микроорганизмов. Они исcледовали влияние пробиотика на выращенных из стволовых клеток кишечных органоидах человека. Такие органоиды являются достаточно хорошими экспериментальными моделями реальной человеческой ткани.

Исследователи заселяли искусственный кишечник бактериями Nissle и показали, что они не повреждают эпителиальный барьер наружного слоя выращенного органоида. Для сравнения в органоиды подсаживали энтерогеморрагический штамм кишечной палочки. Эти бактерии вырабатывают шига-токсин, который ежегодно убивает тысячи людей во всем мире, причем заражаются им в основном дети. Такие бактерии быстро нарушали эпителиальный барьер и разрушали клетки кишечника.

Затем исследователи сначала заселили органоиды бактериями штамма Nissle и через 12 часов сделали инъекцию бактерий, продуцирующих токсин. Nissle показал свою защитную функцию: даже если патоген размножился в ткани органоида и убивал Nissle, ему не удавалось разрушить эпителиальный барьер. То есть, при подсаживании патогенных бактерий штамм Nissle был убит, но, тем не менее, позволил кишечнику лучше противостоять повреждениям.

Nissle, как показали эксперименты, помогает сохранять уровень экспрессии E-кадгерина в эпителиальных клетках. Белок E-кадгерин необходим для клеточной адгезии, так как участвует в формировании межклеточных контактов в эпителии, причем известно, что при кишечной инфекции бактериями E. coli снижается его уровень экспрессии. Однако при инфицировании только штаммом Nissle он остается практически на том же уровне, что и при инъекции физраствора в отличие от инфекции патогенными штаммами, разрушающими слой белка. А при коинфицировании Nissle вместе с патогенными штаммами экспрессия E-кадгерина сохранялась на том же уровне, что и при инфицировании только штаммом Nissle.

Патогенные бактерии могут активировать врожденную защиту кишечника, что приводит к апоптозу энтероцитов. Ученые окрасили органоиды, инфицированные Nissle, инфицированные патогенными штаммами и инфицированные совместно, на каспазу 3. Было обнаружено совсем немного окрашенных апоптотических клеток при инфекции только Nissle и Nissle совместно с патогенами, тогда как при инфекции только патогенным штаммом в апоптоз ушло много клеток.

Активация собственной защиты кишечника вызывает в том числе и выработку активных форм кислорода (АФК). Коинфекция с Nissle привела к значительному снижению количества АФК при заражении штаммом E. coli 0157: H7. Nissle близок филогенетически с внекишечным патогеном CFT073, который был выделен у пациента с пиелонефритом. Полагается, что эти бактерии не вызывают кишечные инфекции у взрослых, но вносят вклад в развитие некротического энтероколита у недоношенных детей. Коинфекция с Nissle не привела к значительному снижению количества АФК при инфекции этим штаммом E. coli.

Ученые обсудили, по какой стратегии пробиотик защищает организм хозяина от патогенных штаммов. Рассматривали два основных пути: модификация защитных систем организма хозяина и угнетение патогенов в конкурентной борьбе. По совокупности полученных данных исследователи предполагают, что защита исполняется по первому пути, хотя конкретные молекулярные и клеточные механизмы этого неизвестны.

Доктор Элисон Вайс, последний автор опубликованной статьи, с надеждой смотрит на возможности использования выращенных в пробирке органов в качестве модели для изучения кишечника. «Это огромный прорыв», — сказала она. «Многие кишечные патогены видоспецифичны, и искусственно выращенные органоиды действительно хороши для наблюдения за ранними событиями заражения». Она также добавила, что органоиды имеют по крайней мере еще одно важное преимущество перед мышами: «Мыши ужасны. Они мочатся, кусаются и царапаются», — сказала она. — Маленькие органоиды совсем не жалуются».