Бруцеллез – это инфекционное заболевание домашнего скота, которое может передаваться сельскохозяйственным рабочим или потребителям непастеризованных молочных продуктов. Легко распространяемые и трудно обнаруживаемые бактерии, вызывающие болезнь, виды Brucella, считаются потенциальным оружием биотерроризма. Тем не менее, именно из-за того, что виды Brucella настолько опасны в обращении, исследования этого важного болезнетворного агента или патогена отставали от исследований других инфекционных заболеваний.
Используя инновационный метод, разработанный для изучения инфекционного процесса, исследователи из Медицинского центра Бет Исраэль Дьяконесса (BIDMC) установили более безопасный способ изучения бруцеллы. На раннем этапе тестирования модели группа исследователей наблюдала неожиданное и ранее недокументированное взаимодействие во время инфекционного процесса. Оказалось, что присутствие другого патогена улучшает инфекционный потенциал бруцелл. Отчет опубликован в журнале Infection and Immunity.
"Наш инструментарий прост, универсален и применим к любому типу возбудителя," сказал Джеймс Кирби, доктор медицины, директор лаборатории клинической микробиологии BIDMC и доцент кафедры патологии Гарвардской медицинской школы. "Это будет то, что поможет научному сообществу более эффективно изучать инфекционные заболевания в будущем, поскольку представляющие интерес штаммы бактерий можно создать так легко, сэкономив много времени и усилий."
Кирби и соавтор Юн-Сок Канг, доктор философии, научный сотрудник лаборатории Кирби, использовали свою технику для создания особого штамма бруцеллы, испускающего цветной свет, чтобы им было легче наблюдать, как он заражает клетки-хозяева в лаборатории.
Четыре вида бруцелл, которые могут инфицировать людей, обычно встречаются у коз, овец, крупного рогатого скота, свиней и собак, классифицируются как потенциальные организмы, представляющие биологическую опасность, которые должны быть изучены в специально оборудованных лабораториях уровня биобезопасности, специально оборудованных для их содержания. Но Кирби и Канг использовали другой вид бруцелл, B. neotomae – известно, что заражает только грызунов – чтобы выяснить, достаточно ли у него общего со своими более опасными родственниками, чтобы использовать его в качестве более безопасной модели исследования для всех видов Brucella.
Наблюдая за их обычным штаммом, Кирби и Кан стали свидетелями беспрецедентного взаимодействия между Би. neotomae и Legionella pneumophila, патоген, вызывающий болезнь легионеров у людей.
Помимо излучения света, генетически измененный штамм B. neotomae также была разработана без физической структуры, необходимой – молекулярного шприца – для атаки клеток-хозяев. Сами по себе эти искусственно созданные бактерии не могут расти и размножаться внутри клетки-хозяина. Однако, когда клетки-хозяева были коинфицированы этим штаммом Brucella и L. pneumophila, также разработанная для излучения цветного света, в то же время безвредный B. неотомы процветали. Фактически, Кирби отмечает эту оторванную версию B. neotomae росли лучше в присутствии L. pneumophila, чем вирулентная Brucella, обычно обходящаяся без нее.
"Легионелла обеспечила все факторы, необходимые бруцелле для заражения," сказал Кирби. "Это было совершенно неожиданно. Это подчеркивает, что патогены могут взаимодействовать неожиданным образом. Целое больше, чем сумма его частей."
Новый метод исследователей создает светоизлучающие бактерии, вводя гены флуоресцентных белков в их геномы. Сама концепция не нова, но генетическая "Инструментарий" разработанный Кирби и Кангом, значительно упрощает процесс за счет использования простых в управлении генов, называемых транспозонами, иногда называемых прыгающими генами, для быстрого и безопасного маркирования бактерий.
Метод Кирби и Канга позволяет избежать одного существенного недостатка традиционных методов маркировки бактерий для изучения. Как правило, ученые выделяют бактерии для изучения, создавая устойчивые к лекарствам штаммы и выращивая их в чашке Петри, пропитанной антибиотиками, которые убивают любые бактерии, не имеющие отношения к эксперименту.
"Это то, о чем мы беспокоились," сказал Кирби, чья лаборатория также стремится разработать новые противомикробные препараты, поскольку лекарственно-устойчивые бактерии становятся все более серьезной проблемой во всем мире. "Мы не хотим делать бактерии более устойчивыми к антибиотикам. Наш инструментарий не окажет сопротивления всему, что может быть использовано в терапии человека."