Птичий помет может усиливать патогенность криптококка

Грибок Cryptococcus neoformans широко распространен в окружающей среде. В организм человека он попадает воздушно-пылевым путем, то есть при вдыхании частичек почвы, птичьего помета и других зараженных субстанций. Индивиды со здоровой иммунной системой, как правило, не страдают от этого грибка, но у иммунокомпрометированных пациентов он может вызвать инфекцию — криптококкоз. Инфекция протекает в легочной или диссеминированной форме. Это означает, что патоген способен адаптироваться к разным условиям в разных частях организма. В частности, криптококк может попасть в мозг и вызвать менингоэнцефалит.

Адаптация патогенов часто происходит за счет изменения фенотипа. Ранее было показано, что популяция криптококка в зараженных легких гетерогенна, но в мозге клетки грибка гомогенны по размеру и в среднем меньше, чем при инфекции в легких. Ученые из США предположили, что маленькие клетки криптококка более склонны к распространению по организму из легких и заражению других органов, и проверили это предположение, моделируя инфекцию на мышах.

Они заразили мышей различными видами криптококков так, чтобы инфекция изначально установилась в легких, а на 3 и 17 день после заражения проанализировали состояние мышей и размеры клеток грибка в легочной ткани. Оказалось, что меньшие размеры клеток на 17-й день связаны с большей вероятностью диссеминированной инфекции, при этом именно C. neoformans демонстрировал тенденцию к уменьшению со временем. Дальнейшие эксперименты проводились с этим видом грибка.

Ученые выделили из легких зараженных мышей клетки криптококка и подтвердили их жизнеспособность in vitro независимо от размера. Затем они заразили клетками разных размерных фракций, полученными из зараженной мыши, наивных мышей, и проверили, как патоген распределится по организму. Крупные и среднего размера клетки (медианный диаметр вместе клетки вместе с полисахаридной капсулой 21,8 мкм и 14,0 мкм, соответственно) преимущественно оставались в легких, тогда как маленькие клетки (медианный диаметр 7,6 мкм) распространялись по организму и обнаруживались в печени, селезенке и мозге через три часа после заражения. Маленькие размеры давали грибку преимущество, позволяя, в частности, преодолевать гематоэнцефалический барьер.

Морфологические изменения патогена сопровождались изменением архитектуры поверхности его клеток и их узнаваемости для иммунной системы. Макрофаги лучше распознавали и поглощали маленькие клетки. Опираясь на результаты экспериментов, авторы предположили, что макрофаги выступают в роли транспорта для клеток грибка, разнося их по организму. Патоген при этом должен быть не только малого размера, но и обладать физиологическими чертами, позволяющими ему пережить стрессовые условия кровяного русла.

Транскриптомный анализ маленьких клеток криптококка, способных расселятся в органах помимо легких, в сравнении с клетками среднего и крупного размера выявил различия в экспрессии сотен генов. В частности, для маленьких клеток была характерна апрегуляция генов, вовлеченных в поглощение, транспорт и хранение фосфатов. В экспериментах in vitro добавление фосфатов в среду способствовало уменьшению размеров клеток криптококка. При этом доступность фосфатов повышается при уменьшении кислотности среды. Ученые выяснили, что у мышей, инфицированных криптококком, pH в легких снижается с 7,4 до 6,3 в течение 17 дней.

Наконец, ученые проверили, какие факторы окружающей среды способствуют уменьшению размеров клеток криптококка. Самые выраженные изменения размера давал голубиный помет. При этом он действовал не только на грибок дикого типа, но и на мутантный штамм с нарушенным метаболизмом фосфатов, что предполагает наличие в помете фактора, независимого от фосфатов. Более того, клетки грибка, выросшие в среде с голубиным пометом, лучше распространялись по организму мыши, даже если не уменьшались в размерах. Это важное открытие, так как птичий помет — типичная среда обитания грибка.

Сейчас команда ищет одобренные препараты, которые были бы способны заблокировать морфологические и физиологические изменения криптококка, усиливающие его патогенность.