Чувство кворума необходимо стафилококку для длительной колонизации ран

Раны, инфицированные метициллинрезистентным золотистым стафилококком (MRSA), плохо заживают. Отрицательный эффект от присутствия Staphylococcus aureus в ране проявляется только после преодоления некоего предела (10⁵ КОЕ на г ткани). С ростом плотности бактерий активируются их системы чувства кворума, такие как arg (accessory gene regulator). Исследователи из США предположили, что эти системы могут также нарушать заживление ран и способствовать образованию хронических повреждений. Для проверки этого предположения они сравнили S. aureus со стафилококками-комменсалами кожи S. hominis.

Мышам наносили раны, после чего вносили в них S. aureus или S. hominis (1 × 10⁷ КОЕ). Раны фотографировали через 1, 3, 5 и 7 дней. Раны, инфицированные S. hominis, заживали так же, как и контрольные. Через 7 дней этих бактерий не оставалось на месте ранения. Однако инфицированные S. aureus раны заживали хуже, бактерии оставались в ране и через 7 дней.

Авторы применили пространственную транскриптомику, чтобы проанализировать экспрессию генов в ранах через 24 часа после ранения и нанесения бактерий. Экспрессия генов, участвующих в процессах метаболизма жирных кислот и липидов, не была обнаружена в ране, инфицированной S. aureus. Также снижалась экспрессия других генов, вовлеченных в клеточный метаболизм, что может мешать заживлению.

Далее авторы проанализировали транскриптом незаживающих ран у людей с диабетом. У них также была нарушена экспрессия генов, вовлеченных в метаболизм липидов и жирных кислот. В опытах на человеческих кератиноцитах в культуре было показано, что клетки переставали мигрировать при высоких концентрациях S. aureus, но не S. hominis. Все концентрации S. aureus (кроме самых низких) ингибировали пролиферацию кератиноцитов, чего не наблюдалось в случае S. hominis. Первичные кератиноциты были более чувствительными к бактериям, чем иммортализованные.

Исследователи секвенировали РНК первичных неонатальных кератиноцитов человека после их заражения S. aureus или S. hominis. Транскриптом зараженных S. hominis клеток был похож на контрольный. Клетки, подвергшиеся воздействию S. aureus, активировали сигнальные пути защиты и межклеточной адгезии, а клетки, обработанные S. hominis, активировали сигнальные пути метаболизма α-аминокислот и апоптоза.

Чтобы лучше понять, как патогенный стафилококк нарушает заживление, авторы измерили экспрессию rnaIII, ключевого регулятора системы чувства кворума arg. Его экспрессия была выше в зараженных ранах у людей с диабетом по сравнению с незараженными ранами, а также в незаживающих ранах по сравнению с заживающими.

Низкие дозы (10⁴ КОЕ) S. aureus не препятствовали заживлению ран у мышей, в отличие от высоких (10⁷ КОЕ). При низких концентрациях система чувства кворума неактивна. Также мутантный штамм патогенного стафилококка с выключенной системой arg не подавлял заживление даже при высоких концентрациях. Такие мутанты не подавляли также миграцию и пролиферацию кератиноцитов в культуре и не влияли на их метаболизм липидов или клеточный цикл. Однако авторам не удалось выявить какой-то один фактор (токсин или модулин), контролируемый arg, воздействие на который восстановило бы способность к заживлению ран. Каждый продукт по-своему действует на кератиноциты, так что нужно блокировать работу всей системы.

Таким образом, от работы системы agr S. aureus зависит способность этого патогена препятствовать заживлению ран. Мутантные штаммы элиминируются из раны вскоре после заражения. Авторы предполагают, что, воздействуя на систему чувства кворума, можно способствовать заживлению ран без антибиотиков.

Золотистый стафилококк легко приобретает устойчивость к новым антибиотикам

Пептиды помогают бороться со стафилококковой инфекцией, подавляя чувство кворума