Гликаны кишечной слизи «разоружают» сальмонеллу

Слизь защищает кишечник от бактериальных патогенов. Ключевую роль в этой защите играет гликопротеин муцин MUC2. Он снижает нагрузку бактериальных патогенов и тяжесть кишечных инфекций. Исследователи из США описали механизм, который гликаны муцина используют, чтобы подавить инвазию Salmonella enterica серовара Typhimurium (S. Typhimurium). В частности, они определили, могут ли гликаны подавлять экспрессию островка патогенности SPI-1 (Salmonella Pathogenicity Island 1) — кластера генов, кодирующих систему секреции третьего типа (T3SS). T3SS необходима сальмонелле для проникновения в эпителиальные клетки организма-хозяина.

Исследователи очистили основной кишечный муцин MUC2 из свиного кишечника и желудочный муцин MUC5AC. Если вирулентные штаммы S. Typhimurium инкубировали с очищенным MUC2, а затем использовали для заражения эпителиальных клеток (HT-29), то наблюдалось значительное снижение инвазии. Примечательно, что MUC5AC, несмотря на различия в гликозилировании, также подавлял инвазию. Важно отметить, что защита муцина оказалась не просто физическим барьером, так как похожий по вязкости искусственный полимер карбоксиметилцеллюлоза не смог подавить инвазию сальмонеллы.

С помощью количественной ПЦР и РНК-секвенирования авторы установили, что MUC2 вызывает дозозависимое подавление экспрессии всего кластера генов SPI-1. MUC5AC аналогичным образом подавил активность регуляторов SPI-1 hilA и invF, гена комплекса «иглы» prgH и эффекторного гена sopE2. Параллельный протеомный анализ подтвердил, что в присутствии MUC2 снижается синтез белков SPI-1, включая структурные компоненты T3SS и эффекторные белки. Вероятно, это препятствует сборке и активации секреторной системы сальмонеллы.

Исследователи предположили, что гликаны муцина могут быть теми сигнальными компонентами, что отвечают за подавление активности SPI-1. Они изолировали сложные О-гликаны MUC2, которые формируют плотный «сахарный щит», составляющий около 70–80% массы муцина. Оказалось, что даже очищенного пула гликанов MUC2 было достаточно для ингибирования инвазии и подавления экспрессии генов SPI-1. То есть именно сахара являются ключевыми сигнальными компонентами муцина.

Чтобы понять, как сальмонелла «чувствует» гликаны, ученые обратились к регуляторной сети SPI. Тестирование различных мутантных штаммов S. Typhimurium показало, что ингибирующее действие MUC2 на SPI-1 было утрачено в штамме с делецией гена hilD. Белок HilD является главным регулятором SPI-1, который интегрирует различные сигналы окружающей среды.

Компьютерное моделирование предсказало, что HilD содержит углевод-связывающий домен. Виртуальный скрининг выявил, что N-ацетил-D-галактозамин (GalNAc) и N-ацетил-D-глюкозамин (GlcNAc) являются потенциальными лигандами HilD. Эксперименты с мономерными сахарами подтвердили, что GalNAc и GlcNAc, входящие в состав муцина, способны подавлять экспрессию SPI-1.

Хотя мономерные сахара демонстрировали антибактериальную активность, их эффект был менее выражен, чем у интактного муцина или сложных гликанов. Авторы предположили, что на их активность влияет пространственное расположение гликанов на пептидном остове.

Чтобы проверить это, исследователи синтезировали гликополипептиды из комплексов GalNAc и серина, имитирующие нативную структуру муцина. Эти синтетические аналоги обладали ингибирующим эффектом, сравнимым с природным MUC2, даже при более низком общем содержании GalNAc. Их активность также зависела от HilD.

Но при модификации синтетических гликополипептидов сиаловыми кислотами (сиалировании) их способность подавлять SPI-1 полностью исчезла. Это говорит о том, что сиалирование может маскировать GalNAc-остатки, предотвращая их распознавание бактериальными сенсорами.

По мнению авторов, результаты исследования не только углубляют наше понимание взаимодействия организма-хозяина и патогена, но и имеют прямое терапевтическое значение. Во-первых, они подтверждают, что слизистый барьер кишечника — это сложная система, использующая как физические, так и химические стратегии для поддержания гомеостаза. Примечательно, что S. Typhimurium может использовать MUC2 в качестве единственного источника углерода. Во-вторых, поскольку HilD относится к широко распространенному семейству регуляторов AraC, которые также управляют вирулентностью у других энтеропатогенов, включая Shigella flexneri и Vibrio cholerae, муцины и их производные могут действовать и против них. В-третьих, успех в создании синтетических гликополипептидов, которые воспроизводят высокую антибактериальную активность нативного муцина, открывает путь для разработки терапии, основанной на гликанах. В отличие от традиционных антибиотиков, которые убивают бактерии, эти агенты «разоружают» патогены, делая их неспособными к инвазии, что потенциально снижает вероятность развития резистентности.

Сероводород подавляет рост родственных сальмонеллам бактерий в кишечнике