Бактерия, часто встречающаяся в полости рта и дыхательных путях, способна усиливать действие иммунных клеток против одного из главных возбудителей бактериальной пневмонии. В опытах с мышами предварительный контакт с Prevotella melaninogenica менял активность защитных клеток и повышал эффективность уничтожения пневмококка. О том, как микроорганизмы дыхательных путей взаимодействуют с иммунной системой и какие перспективы это открывает для профилактики инфекций, читайте в материале «Известий».
Бактерии способны помогать защите легкихСправка «Известий»Пневмония возникает при инфекционном поражении легких. Воспалительный процесс охватывает альвеолы — маленькие воздушные мешочки, отвечающие за газообмен. Они могут наполняться жидкостью или гноем, а болезнь сопровождается кашлем, высокой температурой и одышкой. Возбудителями могут выступать бактерии, вирусы и грибы; тяжесть течения зависит от типа возбудителя, возраста пациента и его общего состояния здоровья.
Streptococcus pneumoniae, называемый также пневмококком, относится к основным бактериальным возбудителям. Но контакт с этой бактерией далеко не всегда приводит к тяжелой инфекции. Ученые стремятся понять, какие особенности местной иммунной защиты позволяют организму противостоять возбудителю.
В новом исследовании акцент сделан на микробиоме дыхательных путей — совокупности населяющих их микроорганизмов. Специалисты проверили, способен ли контакт с одним из типичных представителей этого сообщества изменять последующую реакцию на возбудителя пневмонии.
«Наши легкие постоянно сталкиваются с бактериями из полости рта и верхних дыхательных путей, и эти контакты действительно могут помогать обучать иммунную систему», — заявила старший автор исследования, доцент медицинской школы Университета Колорадо Аншутц Сара Кларк.
Термин «обучение» здесь означает изменение функционирования иммунных клеток после встречи с микроорганизмом. Это способно повлиять на то, насколько результативно данные клетки отреагируют на будущую инфекцию.
Чем интересна бактерия PrevotellaСправка «Известий»Prevotella представляет собой один из широко распространенных родов бактерий, обитающих в здоровой ротовой полости и дыхательных путях. В данной работе применялся конкретный вид — Prevotella melaninogenica.
Ранее проведенные клинические исследования указывали на связь между наличием Prevotella, а также повышенным разнообразием микробиома дыхательных путей и более благоприятными исходами респираторных заболеваний. Тем не менее, такие наблюдения сами по себе не раскрывали механизм возможной защиты.
Одновременное наличие двух признаков не доказывает причинно-следственную связь. Состав микробиома мог коррелировать с другими характеристиками организма или особенностями течения болезни. Для проверки возможного влияния бактерии потребовался эксперимент, где ее воздействие предшествовало инфицированию.
Исследователи задались вопросом, может ли P. melaninogenica так изменить состояние иммунных клеток легких, чтобы те эффективнее боролись с пневмококком.
Как оценивали защитный эффектИсследователи сначала подвергали мышей воздействию P. melaninogenica, а затем заражали их S. pneumoniae. После этого измерялось количество возбудителя в легких и анализировались изменения в активности иммунных клеток.
У мышей, которые ранее контактировали с Prevotella, количество пневмококка в легких оказалось значительно меньше. Иммунные клетки более результативно захватывали и уничтожали бактерии.
Подобный итог значим для понимания защитного механизма: ученые зафиксировали одновременно перемены в поведении клеток и более быстрое удаление возбудителя из легких. Эффект относился к реакции на последующую инфекцию, а не только к ответу на первоначальный контакт с Prevotella.
Вместе с тем эксперимент выполнялся на мышах. Он демонстрирует возможность такого взаимодействия в лабораторной модели, однако не доказывает, что аналогичное воздействие сможет предотвратить пневмонию у людей.
Какие клетки начали работать по-другомуУченые сосредоточили особое внимание на нейтрофилах и макрофагах. Эти клетки задействованы в защите от инфекций и умеют захватывать микроорганизмы. Процесс получил название фагоцитоза: клетка поглощает бактерию, после чего запускаются механизмы ее разрушения.
После контакта с Prevotella нейтрофилы и макрофаги мышей эффективнее боролись с пневмококком. Изменялась не только численность защитных клеток, но и их функциональное состояние — то, каким образом они выполняли свои задачи.
«Иммунных клеток было больше, и они вели себя иначе. Их функции были перепрограммированы так, чтобы они лучше удаляли бактерии», — пояснила Кларк.
В данном контексте термин «перепрограммирование» подразумевает изменение активности клеток и участвующих в их работе биологических процессов. Для оценки защиты значимо не только число клеток в легких, но и их умение распознавать, захватывать и уничтожать возбудителя.
Именно комбинация таких перемен позволяет объяснить, каким образом предварительный контакт с одной бактерией мог повысить эффективность ответа на другую.
Как ученые исследовали тысячи отдельных клетокДля более детального изучения изменений исследователи применили секвенирование РНК одиночных клеток. Данный метод дает возможность установить, какие гены активны в каждой анализируемой клетке, на основе присутствующих в ней молекул РНК.
Экспрессия генов определяет, какие белки и сигнальные пути задействует клетка. Поэтому анализ позволяет сопоставлять ее состояния: к примеру, какие процессы активизируются после контакта с бактерией и какие отличия появляются при инфекции.
Изучение отдельных клеток особенно ценно для подобного сравнения. В легких одновременно находятся разные типы клеток, и их реакции могут отличаться. Общий анализ ткани способен смешивать эти изменения, в то время как исследование клеток по одной дает возможность точнее локализовать, где именно они происходят.
Специалисты проанализировали тысячи клеток легких и выяснили, что воздействие Prevotella изменяло состояние нескольких типов иммунных клеток, задействованных в борьбе с инфекцией. Эти сведения дополнили результаты оценки уничтожения пневмококка.
Что это сообщает о микробиоме дыхательных путейПолученные результаты подтверждают идею о том, что типичные микроорганизмы дыхательных путей способны участвовать в регуляции местного иммунного ответа. Их функция не сводится к простому присутствию рядом с клетками организма: взаимодействие с ними может изменять активность защитных механизмов.
В настоящем эксперименте одна бактерия воздействовала на то, как иммунные клетки реагировали на другой микроорганизм. Подобная связь предлагает вероятное биологическое объяснение клинических наблюдений, где характеристики дыхательного микробиома ассоциировались с более мягким течением заболевания.
В то же время результаты не дают оснований делить все бактерии дыхательных путей на строго полезные и вредные. Работа посвящена конкретному виду Prevotella, определенному возбудителю и заданным экспериментальным условиям.
Из исследования также не вытекает, что рост общего числа бактерий в дыхательных путях усилит защиту. Для будущих работ важно определить, какие именно взаимодействия поддерживают иммунные клетки, при каких обстоятельствах они возникают и насколько безопасно ими управлять.
Может ли открытие способствовать профилактике пневмонииУченых интересует перспектива применения естественного взаимодействия микробиома и иммунной системы для предотвращения респираторных инфекций. Если получится выяснить, каким образом бактерии изменяют ответ защитных клеток, это может обозначить новые направления профилактики.
Перспектива прежде всего связана с пониманием механизма. Требуется установить, какие сигналы инициируют полезные изменения, как долго сохраняется эффект и возможно ли безопасно воспроизвести его у людей. Немаловажен и вопрос, сработает ли такая защита против иных возбудителей. На основе экспериментов с мышами пока нельзя выработать эффективную схему профилактики для человека. Для этого необходимы дополнительные исследования, а затем клиническая оценка безопасности и эффективности.
В то же время уже существующие меры профилактики опираются на самостоятельную доказательную базу. Согласно данным Центров по контролю и профилактике заболеваний США (CDC), вакцинация способна предотвращать инфекции, вызываемые некоторыми возбудителями пневмонии. Уменьшению риска также содействуют соблюдение гигиены, отказ от курения и контроль хронических болезней.