Вирулентность — недооцененный фактор распространения штаммов M. tuberculosis

Mycobacterium tuberculosis— важный патоген человека с клональной, иерархической и гетерогенной популяционной структурой. Его эволюционная траектория, геномное разнообразие и филогеографический ландшафт были сформированы множеством факторов, в частности, совместной эволюцией с человеком-хозяином и взаимодействием с его иммунной системой. M. tuberculosis включает несколько крупных филогенетических линий. Генетическое семейство LAM (Латиноамериканское Средиземноморское) входит в Евро-Американскую линию и является вторым после генотипа Beijing наиболее изученным генотипом M. tuberculosis. В ряде исследований была показана связь российских штаммов LAM с множественной лекарственной устойчивостью (МЛУ).

Журнал Microbiology Spectrum, издаваемый Американским микробиологическим обществом, опубликовал статью ученых из Санкт-Петербурга, посвященную исследованию вирулентности российских штаммов LAM M. tuberculosis. Эпидемические и эндемичные, резистентные и чувствительные штаммы LAM были изучены в мышиной модели и с использованием полногеномного анализа. Также были собраны долгосрочные данные о распространенности этих штаммов в Евразии для оценки динамики их циркуляции.

«Несмотря на известные ограничения, эксперименты на мышах остаются классическим подходом к изучению патогенеза туберкулеза. В данном исследовании мы заражали мышей C57BL/6 путем инокуляции бактериальной суспензии в латеральную хвостовую вену и далее вели две параллельные серии животных в течение 200 дней эксперимента для оценки вирулентности штаммов и связанной с нею летальностью животных. Эту надежную методологию ранее использовали мы и коллеги в России и мире для изучения вирулентности микобактерий», — говорит профессор Т.И. Виноградова (СПб НИИ фтизиопульмонологии).

По мнению руководителя проекта д.б.н. И.В. Мокроусова (Институт им. Пастера) современные взгляды на вирулентность, приспособленность, устойчивость и трансмиссивность M. tuberculosis можно суммировать следующим образом: (1) множественные мутации устойчивости снижают приспособленность и способность к передаче инфекции, что объясняет отбор компенсаторных мутаций в наиболее успешных штаммах, (2) высоковирулентные штаммы также обладают высокой способностью к передаче, (3) наиболее успешные штаммы содержат как мутации устойчивости с минимальным или нулевым влиянием на жизнеспособность, так и компенсаторные мутации, которые восстанавливают их приспособленность. При этом И.В. Мокроусов подчеркивает, что «результаты проведенного исследования согласуются с этими выводами, но частично и не прямолинейно».

Сравнение патобиологических особенностей изученных штаммов LAM с динамикой выявления соответствующих сполиготипов в лонгитюдных коллекциях показывает следующее. Во-первых, чувствительный к антибиотикам SIT264 (высоковирулентный штамм) увеличил географию своего распространения. Во-вторых, сполиготип SIT266 (средневирулентный штамм) с множественной лекарственной устойчивостью, широко распространенный в Беларуси, продолжает встречаться на северо-западе России. Наконец, мультирезистентный сполиготип SIT252, который считали эмерджентным 10–15 лет назад (маловирулентный и низколетальный штамм), практически перестал выявляться.

 Микроскопия легких мышей на 112-й день после заражения M. tuberculosis. А — картина, характерная для высоко- и средневирулентных чувствительных штаммов H37Rv и LAM SIT264: поражения более распространенные, в легких крупные очаги инфильтрации без четких границ, слившиеся в конгломераты. В. — картина, характерная для низковирулентных МЛУ штаммов LAM: менее распространенные поражения, четко очерченные мелкие безвоздушные участки, окруженные воздушной тканью.

 Кривая летальности мышей, зараженных различными штаммами M. tuberculosis. Референс-штамм H37Rv — наиболее летальный. Чувствительный штамм LAM 306 — среднелетальный. Все три МЛУ штамма LAM — наименее летальные

 География распространения сполиготипов LAM в старых и недавних исследованиях

«Наши результаты показывают, что вирулентность - важная особенность штамма, которая влияет на его передачу, независимо от устойчивости к антибиотикам. С повышенной вирулентностью некоторых клинических изолятов связан принципиально иной системный иммунный ответ, что можно обнаружить на ранних стадиях инфекции. Вирулентность можно рассматривать как скорость размножения микробов в организме хозяина. Дело ведь не только в широкой или множественной лекарственной устойчивости, а еще и в том, что устойчивые штаммы по-разному размножаются (т.е. с разной скоростью) у разных людей, мышей, и, если мультирезистентные штаммы размножаются медленно, иммунитет с ними, разумеется, и сам справляется!» — говорит профессор Б.М. Ариэль (СПб НИИ фтизиопульмонологии).

Увеличение циркуляции чувствительных, но вирулентных и летальных штаммов подчеркивает (1) важность их тщательного эпидемиологического мониторинга и (2) то, что персонализированное лечение туберкулеза должно учитывать не только лекарственную устойчивость, но и вирулентность штаммов. Это подтверждает актуальность нового направления разработки препаратов — anti-virulence drugs, мишенью которых являются факторы вирулентности.

Работа была выполнена при поддержке РНФ (грант 19-14-00013, руководитель проекта — д.б.н. И.В. Мокроусов, Институт им. Пастера).