Кишечную палочку «отлепили» от кишечника

Желудочно-кишечный тракт представляет собой естественную среду обитания как для патогенных, так и для комменсальных видов бактерий, которые составляют микробиоту кишечника. Уропатогенная кишечная палочка Escherichia coli (UPEC) представляет собой комменсальную (условно-патогенную) бактерию, которая колонизирует кишечник, но становится патогенной в мочевом пузыре и вызывает инфекции мочевых путей (ИМП). Штаммы UPEC в кишечнике вызывают ИМП после того, как они попадают в фекалии и колонизируют влагалище и уретру, затем поднимаясь через уретру в мочевой пузырь. Несмотря на лечение антибиотиками, эти инфекции часто рецидивируют и все чаще вызываются устойчивыми к антибиотикам штаммами кишечной палочки. Известно, что бактериальные пили (ворсинки) играют жизненно важную роль в взаимодействиях организма-хозяина и E. coli, опосредуя прикрепление (адгезию) к эпителиальным клеткам мочевого пузыря и почек. Однако в настоящее время недостаточно информации о механизмах колонизации и устойчивости UPEC в кишечнике.

Уропатогенная кишечная палочка попадает в мочевыводящие пути из кишечника

Молекулы адгезии выносятся на поверхность бактерии и собираются с помощью довольно системы секреции chaperon-usher (‘Chaperon-usher pathway’, сокращенно — CUP). Она состоит из двух белков. Один из них получил английское название «chaperone», которое переводится как «компаньон», «сопровождающее лицо», а в транскрипции — «шаперон», а второй компонент получил английское название «usher», которое переводится как «швейцар», «привратник», в транскрипции – «ашер»
В новом исследовании, результаты которого опубликованы в журнале Nature, американские ученые продемонстрировали, что механизм шаперон-ашер (CUP) играет роль в колонизации кишечника штаммами UPEC. В частности, авторы создали девять бактерий с одиночными делециями (отсутствующими участками ДНК), у каждого из которых отсутствовал один из генов, кодирующих белки CUP. Эффект этих мутаций тестировали в модели колонизации кишечника мыши. Обнаружилось, что одиночная делеция двух генов, fim и ucl, которые кодируют пили типа 1 и пили типа F17, соответственно, вызвали заметное снижение способности бактерии колонизировать кишечник. Более того, удаление обоих генов в одном штамме приводило к большему дефекту, чем одиночная делеция, что доказывает, что их роли не являются вырожденными.

Операторы fim и ucl кодируют адгезины, которые расположены на дистальном конце каждой ворсинки. Эти адгезины, FimH и UclD, соответственно, опосредуют связывание с клетками организма-хозяина. Путем тестирования очищенных фрагментов этих двух адгезинов в анализах in vitro авторы продемонстрировали четкую специфичность связывания с гликанами, присутствующими на поверхности эпителиальных клеток хозяина, располагающимися в криптах кишечной стенки; FimH связан преимущественно с N-связанными гликанами, которые содержат маннозу, тогда как UclD связаны с O-связанными гликанами.

В предыдущих исследованиях было показано, что потеря пилей типа 1 отразилась в потере способности UPEC колонизировать мочевой пузырь. А вот F17-подобные пили не имеют в ИМП. Чтобы попытаться предотвратить связывание пили типа 1 с эпителиальными клетками кишечника, авторы протестировали маннозид M4284, который представляет собой небольшую синтетическую молекулу, которая связана с маннозой и связывается с адгезином FimH пилей 1 типа с высокой аффинностью.

Ингибиторы адгезии (красные точки) связываются пилями бактерий, препятствуя их соединению с рецепторами клеток организма-хозяина

У мышей, которые перорально получали это соединение, произошло снижение колонизации кишечника штаммами UPEC по сравнению с контрольной группой. То есть этот маннозид может эффективно конкурировать за связывание с маннозой на клетках хозяина и, таким образом, непосредственно вмешиваться в взаимодействие хозяина-патогена. Авторы также показывают, что введение M4284 может снизить вероятность развития ИМП путем одновременного удаления UPEC из кишечника и лечения активной инфекции мочевого пузыря.

Лечение не вызывало существенных изменений в составе микробиоты кишечника, в отличие от применяемых в настоящее время антибиотиков. Таким образом, антиадгезионная терапия может уменьшить колонизацию конкретными бактериями и представляет собой альтернативу антибиотикотерапии.

Spaulding, C. N. et al. Selective depletion of uropathogenic E. coli from the gut by a FimH antagonist. Nature 546, 529–532 (2017)

Автор: Павел Несмиянов