Микробиологи открыли новую иммунную систему

Микробиолог Джереми Барр (Jeremy Barr) из университета Сан-Диего (San Diego State University) и его команда исследовали полезные свойства некоторых вирусов.

Одним из важнейших защитных барьеров нашего организма является слизь. Она покрывает хрупкие ткани, которым постоянно приходится контактировать с внешней средой: лёгкие, ротовая полость, нос, веки, пищеварительный тракт.

«Слизь — очень интересная сложносоставная субстанция», — говорит Барр в пресс-релизе университета. Своей гелеобразной консистенцией она обязана особому веществу, которое называется муцин. Молекулы муцина представляют собой микроскопические ёршики, состоящие из белковой основы, покрытой нитями из сахаров. Между молекулами муцина в слизи находится смесь из питательных веществ и химикатов, которые держат микробы на некотором расстоянии. Многие бактерии живут рядом с поверхностями, покрытыми такими соединениями.

Слизь также является «домом» для бактериофагов − вирусов, уничтожающих бактерии. Они очень широко распространены. Барр и его коллеги заметили, что в слизи их содержится намного больше, чем в соседствующих тканях, не содержащих молекул муцина. К примеру, в слюне, покрывающей дёсны, содержится около пяти фагов на одну бактериальную клетку, тогда как эта пропорция на поверхности самих дёсен была 40 к 1. «Мы задались вопросом: какую функцию выполняют эти вирусы? Защищают ли они организм?» — рассказывает Барр.

Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи вырастили ткань человеческого лёгкого в лаборатории. Лёгкие являются одной их тканей организма, защищённой слизью. Когда ткань заразили кишечной палочкой (Escherichia coli), учёные заметили, что примерно половина клеток в каждой культуре погибло. Это значит, что слизь не принимала участия в спасении живой ткани. Но как только в ткань добавили бактериофаги, её сопротивляемость к болезнетворным свойствам кишечной палочки резко подскочила, и в живых осталось намного больше клеток.

«Эксперимент показал, что фаги убивают опасные бактерии. Однако мы пока не знаем, как они поступают в случае с полезными бактериями, отличают ли они их от вредных. Возможно, всё зависит от типа бактериофага, который мы вводим», — говорит Барр.

Проведя ещё ряд экспериментов, исследователи увидели, что бактериофаги покрыты слоем молекул, которые захватывают сахарные соединения в муцине. Таким образом, они прикрепляются к слизистым оболочкам, где и получают полный доступ к бактериям, сообщают учёные в статье, опубликованной в журнале PNAS.

Слизистые оболочки есть почти у всех представителей царства животных. А у некоторых живых организмов — к примеру, рыб, червей или коралловых полипов — почти все ткани покрыты этим защитным соединением. Бактериофаги в их слизи также очень широко распространены: во всех образцах, которые тестировали учёные, их было очень много.

«Это целая новая иммунная система, которая по-своему защищает организм от болезнетворных бактерий. Фаги уживаются на любых поверхностях, покрытых слизью. Это один из первых в биологии примеров симбиоза вирусов и организмов животных», — пишет Барр в пресс-релизе университета.

В ходе экспериментов исследователи сами выбирали виды фагов и бактерий, чтобы спровоцировать взаимодействие. Однако в реальной жизни организм, скорее всего, отбирает специальных фагов, чтобы контролировать соответствующие им виды бактерий, распространяя то или иное слизистое соединение по ткани организма, которую нужно защитить.

На следующем этапе исследования учёные планируют определить, как симбиоз вирусов и организма поможет бороться с разными видами бактерий в естественных условиях.

Майкл МакГакин (Michael McGuckin) из австралийского центра Mater Research, который не принимал участия в исследовании, считает, что полученные знания помогут в разработке новых методов борьбы с воспалительными заболеваниями кишечника, в число которых входит болезнь Крона и язвенный колит.

При таких заболеваниях экосистема кишечника, состоящая их множества типов бактерий, нарушается, и некоторые виды начинают доминировать. Чтобы уравновесить популяцию бактерий, можно использовать специальные виды вирусов бактериофагов. Поскольку в организме людей, страдающих от таких заболеваний, также нарушается структура слизистой оболочки, основного вместилища фагов, становится понятно, как именно связаны симптомы.

В будущем можно будет создавать бактериофаги, совместимые с теми или иными слизистыми поверхностями, для борьбы с микробными заболеваниями или поддержания оптимальной пропорции бактерий в организме. Однако до этого ещё далеко. «Так или иначе, это исследование заставило нас по-новому взглянуть на вирусы. Вскоре мы сможет разработать новые методы борьбы с болезнетворными бактериями на основе наших знаний о бактериофагах», — заключает Барр.