© Barbour Design

Коли бактерія хворіє

Автор Анастасія Кручанова
Мікробіолог

Виделка зупинилася над соковитою котлетою. Ви кидаєте останній підозрілий погляд і, зітхнувши, починаєте їсти. Смачного.

Це трапляється з усіма. Часу обмаль, ви обрали перше кафе. Багато що в ньому змусило вас сумніватися. Але ви отримали свій обід, і оптимізму додалося. Може все минеться? Години поспіль у вбиральні ви шкодуєте про скоєне. Але ми завжди шукаємо винного. Хто ж цього разу? Ви, коли поспішили і зайшли в перше-ліпше кафе? Кухар Влад, що не помив руки? Виробник м'яса? Судити складно, але однозначно можна звинуватити якийсь мікроорганізм.

Якщо мучилися ви не довго і без наслідків ― то, найімовірніше, це був "поганий" штам E.coli. Сама E.coli  ― представник нашої мікробіоти, живе в кишечнику і нічого поганого не робить. А є штами тієї ж E.coli, які викликають важкі отруєння. Чому вони вирішили поводитися агресивно? Бо одного разу вони "захворіли".

Бактерій здатні заражати лише віруси ― бактеріофаги. Хвороба протікає трагічно: бактеріофаг розмножується в клітині, використовуючи її як фабрику для копіювання своїх часток. Як тільки нове покоління вірусів насинтезувалося в достатній кількості ― вони розривають клітину зсередини і вивільнюються назовні.

Але бактеріофаг може і причаїтися. Його геном вбудовується в геном бактерії, і бактеріофаг чекає на свій час, не вбиваючи господиню. Бактерія продовжує свій побут, або навіть рід ― ділиться, копіюючи свій геном і переносячи в дочірню клітину той самий бактеріофаг. А деякі штами бактерій завдяки таким бактеріофагам у геномі (профагам) набувають нових властивостей.

Так можуть утворюватися штами бактерій, які поводяться не типово для свого виду. Наприклад, штам STEC ― шиготоксин продукуючий E.coli. Розрізняють шиготоксини двох видів: Stx1 та Stx2, і послідовність амінокікслот у них показує безпосереднє відношення до токсинів Shigella dysenteriae (збудник дизентерії). При вивченні геному штамів STEC помітили, що гени, які відповідають за синтез токсинів, не споріднені генам E.coli. Подальше дослідження показало, що вони розташовані в профагу λ. Припускають, що еволюційною дорогою колись бактеріофаг λ пройшов свій цикл розвитку в S. dysenteriae і, відокремлюючись від її хромосоми, випадково забрав непотрібні йому гени токсинів. Далі відбулося зараження E.coli, і так цілком мирна бактерія могла отримати код для токсинів при вбудовуванні бактеріофага λ в її геном.

Природним джерелом STECів є жуйні тварини, а точніше нижні відділи їхнього кишківника. Людина заражається, споживаючи недостатньо прожарений фарш (бургери ― відмінне джерело) або сирі рослини, які в свою чергу удобрювали гумусом. Спожиті бактерії розмножуються в тонкій кишці, конкуруючи з нормальною мікробіотою. Вважають, що токсини дають STEC переваги.

Більшість штамів STEC щільно прикріплюються до ентероцитів (клітин кишечника) і провокують реорганізацію цього клітинного шару. Ентероцити поглинають шиготоксини, що блокують синтез білка у них. Зруйновані клітини ендотелію рубцюються і викликають запалення. STEC можуть піти і далі: потрапивши в капіляри, токсини так само вбивають і їхні клітини. Відкладення фібрину на місці загиблих клітин сприяє розвитку тромбів. Якщо з кровотоком STEC дійде до нирок ― все може закінчитися нирковою недостатністю.

Рисунок узято із: Konowalchuk J, Speirs JI, Stavrik S. Vero response to a cytotoxin of Escherichia coli. Infect Immun 1977;18:775–9;

Рисунок. Дія шиготоксина на лінію клітин Vero (епітелій нирок зеленої мавпи):
А ― контроль, нормальний шар клітин;
В ― дія речовин культури STEC протягом 1 дня; С ― 2 днів; D ― 5 днів, моношар клітин зруйнований.

Максимальна кількість шиготоксинів досягається шляхом індукції профага. Коли профаг, вбудований у хромосому, вирішує почати інфекційний процес у бактерії, його гени починають зчитуватися в повну силу, щоб створити своє нове покоління. Через що активується бактеріофаг ― точно не визначено. У лабораторних умовах було доведено, що цей механізм тісно пов'язаний з SOS-системою клітини бактерії. Тобто вірус реагує на комфорт свого господаря. У лабораторних умовах розмноження бактеріофага стимулювали UV-випромінювання, протипухлинний препарат мітоміцін С і ряд антибіотиків: азитроміцин, фосфоміцин, норфлоксацин. У цьому випадку клітини не секретують токсини поступово, а максимально вивільняють накопичені після свого розриву. Через різке збільшення концентрації шиготоксина стан людини може значно погіршитися.

Загальноприйнятої схеми лікування ще не створено. Основною проблемою в її розробці стала індукція бактеріофагів антимікробними агентами.

Всесвіт тісно пов’язаний між собою: від планетарних масштабів до подій на молекулярному рівні. Найдрібніші випадковості, такі як хвороба бактерії, можуть загрожувати здоров'ю людини. Динамічний розвиток і обмін інформацією відбувається не тільки в людському світі, а й у бактеріальному. Нам залишається лише відповідально підходити до вибору їжі та піклуватися про власну мікробіоту. Коли медицина ще тільки шукає відповідь, ваші власні мікроби вже боронять ваше здоров’я.

Джерела:

1.  “Principles of Molecular Virology” 4th Edition Cann
2. Bacteriophage control of Shiga toxin 1 production and release by Escherichia coli
(http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1046/j.1365-2958.2002.02950.x/full)
3. Open-Source Genomic Analysis of Shiga-Toxin–Producing E. coli O104:H4
(http://www.tcd.ie/academicunits/schools/medicine/clinical_microbiology/assets/docs/mschim/nejmoa1107643.pdf)
4. Shiga toxins and stx phages: highly diverse entities
(http://www.microbiologyresearch.org/docserver/fulltext/micro/161/3/451_mic000003.pdf?expires=1469117858&id=id&accname=guest&checksum=D8614CF3507A9C1A2CD8B5F3AD0F82B6)


 

Дізнайтеся ваші варіанти генів APOE та eNOS3:
ДНК-тест «Мій раціон»
1950 грн
Замовити тест
ДНК-тест «Моє вегетаріанство»
1950 грн
Замовити тест