Лейцин снижает патогенность вызывающего менингит штамма кишечной палочки

Бактериальный менингит считается самой тяжелой формой менингита. Несмотря на антибиотикотерапию, смертность остается на высоком уровне (20–25%), к тому же примерно в половине случаев выжившие пациенты страдают от постоянных неврологических осложнений, таких как потеря слуха, задержка развития и нарушение когнитивных функций. Чаще всего бактериальный менингит вызывает бактерия Escherichia coli. У вызывающей неонатальный менингит E. coli (neonatal meningitis-causing E. coli, NMEC) обычно присутствует оболочка из полисахарида K1. Нужны новые стратегии лечения этого заболевания. Исследователи из Китая изучили взаимодействие NMEC и организма-хозяина, обратив особое внимание на стратегии приспособления бактерии к различным нишам человека.

При вертикальной передаче NMEC (от матери ребенку) патоген заселяет слизистые оболочки дыхательной и пищеварительной систем. Затем бактерии проникают в кровь, приводя к бактериемии. NMEC может преодолевать гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) и вызывать воспаление мозговых оболочек. Для преодоления ГЭБ необходимо, чтобы в крови скопилось много бактерий. Если подавить размножение бактерии в крови, то можно предотвратить развитие менингита.

На пути к мозгу бактерии приходится приспосабливаться к различным нишам. Она задействует различные стратегии, в том числе малые некодирующие РНК. Так, экспрессия кодируемой фагом sRNA-17 подавляется в крови, что способствует выживанию NMEC и преодолению ГЭБ. Также в ходе эволюции вызывающий менингит штамм E. coli, такой как NMEC RS218 (серотип O18:K1), приобрел геномные острова, которые участвуют в развитии заболевания и могут содержать малые некодирующие РНК.

Авторы секвенировали РНК NMEC RS218 из крови зараженных мышей и идентифицировали малую некодирующую РНК длиной 244 нуклеотидов, которую назвали NsrP. Она закодирована на генном острове, который участвует в инвазии микрососудистых эндотелиальных клеток человеческого мозга (in vitro модель ГЭБ). То есть NsrP может играть роль в вирулентности NMEC. Однако делеция NsrP не мешала бактерии заражать микрососудистые эндотелиальные клетки.

В то же время после делеции NsrP количество бактерий в крови мышей выросло в 10,42 раз. То есть NsrP подавляет выживаемость и репликацию E. coli в крови. Более того, делеция также способствовала развитию менингита, и воспаление мозговых оболочек протекало тяжелее. Опыты на новорожденных крысах подтвердили, что делеция NsrP повышала смертность зараженных животных.

Авторы выделили 387 генов как предполагаемые мишени NsrP в геноме RS218. Один из них — ген purD, кодирующий фосфорибозиламин-глицинлигазу и необходимый для выживания бактерии в крови. NsrP подавляет экспрессию purD, напрямую связывая ее мРНК (через мотив AAUUACU). Дополнительные эксперименты показали, что purD нужен для синтеза пуринов. Именно поэтому его отсутствие затрудняет рост бактерий в бедной пуринами среде (например, крови).

Экспрессия NsrP снижена в крови по сравнению со средой LB. В промоторе NsrP авторы выявили сайт связывания белка Lrp. По всей видимости, Lrp способствует экспрессии NsrP. Ранее уже было показано, что Lrp — регуляторный белок, который реагирует на концентрацию лейцина, но он реагирует также на аланин, метионин, треонин, лизин, гистидин и изолейцин. В данном случае концентрация NsrP менялась в ответ на изменение концентрации лейцина, но не других аминокислот. То есть низкий уровень лейцина подавляет экспрессию NsrP через Lrp, что увеличивает экспрессию purD и потому влияет на жизнедеятельность бактерии, но только в крови, а не, например, в кишечнике.

Мышам, зараженным NMEC дикого типа, вводили лейцин через 30 минут после инфекции. У таких животных снижалась бактериемия, у них реже развивался менингит. Чтобы оценить потенциал такой терапии, авторы проанализировали 930 опубликованных геномов E. coli. NsrP присутствовал в большинстве штаммов NMEC (36/46, 78,3%), но не в непатогенных штаммах.

Опубликован прогноз по росту смертности от инфекций устойчивыми к лекарствам бактериями