Исследователи из Университета Сан-Паулу (USP) в Бразилии в сотрудничестве с коллегами из Австралии выявили новый бактериальный белок, который может поддерживать здоровье клеток человека, даже если клетки имеют тяжелую бактериальную нагрузку. Это открытие может привести к новым методам лечения широкого спектра заболеваний, связанных с митохондриальной дисфункцией, таких как рак и аутоиммунные расстройства. Митохондрии — это органеллы, которые поставляют большую часть химической энергии, необходимой для биохимических реакций клеток.
Статья об исследовании была опубликована в журнале PNAS. Исследователи проанализировали более 130 белков, выделяемых Coxiella burnetii, когда эта бактерия проникает в клетки-хозяева, и обнаружили, что по крайней мере один из них способен продлевать продолжительность жизни клеток, воздействуя непосредственно на митохондрии.
После проникновения в клетки-хозяева C. burnetii высвобождает неизвестный до сих пор белок, который авторы называют митохондриальным эффектором Coxiella F (MceF). MceF взаимодействует с глутатионпероксидазой 4 (GPX4), антиоксидантным ферментом, расположенным в митохондриях, улучшая функцию митохондрий, способствуя антиоксидантному эффекту, который предотвращает повреждение и смерть клеток, которые могут возникнуть, когда патогены размножаются внутри клеток млекопитающих.
«C. burnetii использует различные стратегии, чтобы предотвратить гибель инвазированных клеток и размножение внутри них. Одним из них является модуляция GPX4 с помощью MceF, механизм, который мы обнаружили и о котором сообщили в этой статье. Перераспределение этих белков в клеточных митохондриях позволяет клеткам млекопитающих жить дольше, даже если они заражены очень большой бактериальной нагрузкой», — сказал профессор Дарио Замбони из Медицинской школы Рибейран-Прету.
«По сути, мы обнаружили стратегию, используемую C. burnetii для более длительного поддержания здоровья клеток при интенсивном размножении. Мы обнаружили, что его белок MceF перенаправляет GPX4 в митохондрии, где он действует как мощный антиоксидант, детоксицируя инфицированную клетку и предотвращая старение клеточных компонентов, одновременно обеспечивая репликацию бактерии», — сказал один из авторов исследования Робсон Кригер Лотерио.
C. burnetii является возбудителем серьезной инфекции, называемой Ку-лихорадкой, относительно распространенного, но редко диагностируемого зооноза. По мнению авторов, вспышки в сельском хозяйстве становятся «все более значительным бременем для экономики и общественного здравоохранения».
Бактерия вызывает атипичную пневмонию у людей и коксиеллез у некоторых животных, таких как крупный рогатый скот, овцы и козы. Замбони объяснил, что он хорошо адаптирован для проникновения и контроля макрофагов и моноцитов – лейкоцитов, которые являются частью передовой иммунной защиты организма – подавляя реакцию хозяина на инфекцию.
«Интерес углубленного изучения этой бактерии заключается именно в ее способности нарушать функции клеток. В отличие от других бактерий, которые вызывают заболевание только тогда, когда они размножаются до больших цифр, одной C. burnetii достаточно, чтобы заболеть здоровый человек. Таким образом, он действует эффективно, модулируя клетки, в которые он проникает. Мы в шутку называем его блестящим клеточным биологом из-за его способности модулировать все в клетках-хозяевах», — сказал Замбони.
Еще один интересный аспект C. burnetii , добавил он, заключается в том, что он размножается в клетках около недели. Для сравнения, сальмонелла, вызывающая тяжелое пищевое отравление, вызывает гибель клеток-хозяев менее чем за 24 часа.
«Наблюдение за C. burnetii — хороший способ узнать, как функционируют клетки. В случае с этим исследованием оно помогло нам понять, как лечить митохондриальную дисфункцию, и дало представление о запрограммированной гибели клеток у людей», — сказал он.
Чтобы проанализировать способность бактерии разрушать макрофаги и действовать непосредственно на митохондрии, исследователи провели анализы in vitro и эксперименты с участием личинок большой восковой моли (Galleria mellonella). На первом этапе исследования они исследовали более 80 новых белков C. burnettii, способных взаимодействовать с клетками-хозяевами и нарушать их функционирование. «В конечном итоге мы сосредоточились на MceF, поскольку он действует непосредственно на митохондрии, которые играют ключевую роль в процессе гибели клеток», — сказал Замбони.
Теперь группа продолжит исследования по двум направлениям: одно направлено на более глубокое понимание других представляющих интерес белков, а другое включает биохимические исследования, чтобы узнать больше о том, как MceF влияет на GPX4.
«Самое приятное в этом исследовании то, что, изучая бактерию, мы многое узнаем о передаче сигналов клетками, гибели клеток и новых способах обращения вспять митохондриальной дисфункции. Нам не нужно изобретать новую технику. Этот процесс происходит уже во время взаимодействия бактерии с клетками-хозяевами», — сказал он.
