Ученые ФИЦ Биотехнологии РАН выяснили, что специфические малые РНК возбудителя туберкулеза не только регулируют способность бактерии инфицировать хозяина, но также влияют и на его иммунный ответ, определяя степень тяжести инфекции. Удаление этих малых РНК из генома Mycobacterium tuberculosis активировало способность этой бактерии вызывать инфекцию и подавляло активность клеток иммунной системы мышей, что приводило к их преждевременной гибели. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Frontiers in Cellular and Infection Microbiology.
Рисунок 1. Поглощение микобактерий макрофагом и формирование специализированной структуры – фагосомы, направленной на уничтожение возбудителя инфекции. В отличие от других бактерий туберкулезная палочка способна не только уклоняться от уничтожения, но и размножаться внутри фагосомы, используя макрофаг как защитную нишу. Источник: Елена Салина.
Туберкулезная палочка способна хорошо приспосабливаться к условиям внутри организма и длительно сохраняться в клетках иммунной системы, маскируя свое присутствие. Существенную роль в этом процессе играют малые некодирующие РНК — короткие регуляторные молекулы, которые помогают бактерии быстро «подстраивать» активность своих генов под меняющиеся условия и выживать даже тогда, когда они далеки от оптимальных. Две такие РНК, MTS0997 и MTS1338, являются уникальными для бактерий, вызывающих туберкулез у человека и животных, у других бактерий эти малые РНК отсутствуют. Интересно, что число молекул MTS0997 и MTS1338 существенно повышается у бактерий, которые удалось выделить из больных туберкулезом мышей, по сравнению с теми же бактериями до попадания в организм животного, однако роль этих малых РНК в работе самой бактерии и взаимодействии с хозяином оставалась не до конца исследованной.
Ученые ФИЦ Биотехнологии РАН совместно с коллегами из Института биоорганической химии РАН и Центрального научно-исследовательского института туберкулеза решили эту задачу. Они создали три генетически измененных разновидности туберкулезной палочки: с удаленной MTS0997, с удаленной MTS1338 и с удаленными обеими РНК. Активность генов полученных генетически измененных клеток сравнили с исходной туберкулезной палочкой, затем изучили реакцию на них макрофагов – важнейших клеток иммунной системы.
Наиболее заметные изменения вызвало удаление MTS0997. У такой микобактерии менялась активность генов, связанных с дыханием и получением энергии. Одновременно повышалась активность генов системы ESX-1, которая участвует в выделении белков, связанных со способностью туберкулезной палочки повреждать клетки хозяина и вызывать заболевание.
В макрофагах наиболее существенные изменения вызвала инфекция туберкулезной палочкой, в которой были удалены обе малых РНК. Такие бактерии вызывали дисбаланс в иммунной реакции, подавляя врожденный иммунитет и снижая активность генов, сигнализирующих о попадании возбудителя инфекции в клетки иммунной системы.
Рисунок 2. Дисбаланс в работе иммунной системы препятствует формированию эффективных гранулем и способствует переходу к прогрессирующей туберкулезной инфекции. Источник: Елена Салина.
Затем ученые проверили, как эти изменения проявляются при инфекции целого организма. Для этого они заразили туберкулезной палочкой мышей с помощью специальной ингаляционной системы. После заражения исследователи следили за выживаемостью животных, количеством микобактерий в легких и составом иммунных клеток в легочной ткани. Оказалось, что все три генетически измененные разновидности туберкулезной палочки вызывали преждевременную гибель мышей по сравнению с исходной микобактерией туберкулеза, хотя через шесть недель количество бактерий в легких статистически не различалось между группами.
При этом у зараженных животных менялась активность генов ряда провоспалительных цитокинов (специальных сигнальных белков, запускающих иммунный ответ организма) и соотношение отдельных популяций иммунных клеток в легких. Это указывает на смещение баланса в системе «хозяин–патоген», что препятствует формированию эффективных гранулем – плотных капсул из макрофагов и других иммунных клеток, которые окружают и «запирают» внутри туберкулезную палочку, не давая ей распространиться дальше, а также способствует переходу к прогрессирующей туберкулезной инфекции.
«Наши результаты показывают, что малые РНК MTS1338 и MTS0997 M. tuberculosis участвуют не только в регуляции процессов внутри самой бактерии, но и в ее взаимодействии с организмом хозяина, влияя на компоненты его иммунного ответа. Это позволяет лучше понять, почему изменения в работе отдельных регуляторных молекул могут влиять на тяжесть инфекции даже тогда, когда количество бактерий в легких остается примерно одинаковым», — поясняет первый автор научной статьи Елена Салина, доктор биологических наук, руководитель группы биохимии адаптации микроорганизмов ФИЦ Биотехнологии РАН.