У 150 подопытных приматов началась диарея, что привело к потоку бесценных данных о вакцинах в лабораторию.

Теперь у исследователей появились четкие новые цели и данные для разработки вакцины против шигеллы.

Медицинская иллюстрация изображает устойчивые к лекарствам бактерии рода Shigella. Источник: Getty | CDC. Медицинская иллюстрация изображает устойчивые к лекарствам бактерии рода Shigella. Источник: Getty | CDC

То, что более 150 нечеловеческих приматов в исследовательском центре заболели диареей во время ужасающей вспышки, продолжавшейся более двух лет, вряд ли можно назвать удачей. Но для некоторых ученых это было своего рода везением, поскольку предоставило огромный объем ценных данных о том, как они, наконец, смогут победить опасного врага.

В исследовании, опубликованном в последнем номере журнала Science Translational Medicine, ученые проанализировали массив иммунологических данных об инфекциях и выявили новые способы обучения иммунных клеток борьбе с бактериями, вызвавшими вспышку, — разновидностью шигеллы. Исследователи смогли выделить определенные фрагменты бактерий, которые иммунная система могла атаковать наиболее эффективно, связав конкретные целевые молекулы с конкретными типами иммунных реакций, направленных на уничтожение микробов. Ученые даже точно определили некоторые из крошечных выемок в этих неровных целевых молекулах, к которым прикреплялись наиболее мощные антитела.

В целом, исследование «выявило неожиданные особенности реакции антител к Shigella у естественно инфицированных [нечеловеческих приматов] и представляет собой шаг к рациональному проектированию вакцинных кандидатов против Shigella», — пишут авторы.

Шигелла — это ужасная желудочно-кишечная инфекция, ежегодно поражающая более 200 миллионов человек в мире и уносящая жизни более 200 000 человек, в основном детей. У тех, кто выживает, обычно развивается защитная иммунная реакция. Но, учитывая наличие различных видов и серотипов шигеллы, защитная иммунная реакция, как правило, работает только против узкого круга бактерий этого семейства. Более того, штаммы шигеллы становятся все более устойчивыми к антибиотикам.

Необходимость в вакцине против шигеллы — такой, которая могла бы бороться со всем этим ужасным семейством — очевидна. Поэтому ведется множество разработок вакцин. Тем не менее, ученые продолжают работать, не располагая некоторыми подробными молекулярными и структурными данными, необходимыми для создания сложной вакцины. Именно здесь и началась вспышка заболевания.

Поток данных

Вспышка началась в декабре 2022 года в Национальном центре исследований приматов штата Висконсин в Мэдисоне. Нечеловеческие приматы, как и люди, являются естественными носителями шигеллы, и вспышки в подобных учреждениях время от времени не являются чем-то необычным. Но необычно, чтобы вспышка была настолько масштабной и длилась так долго. Заболели даже некоторые из сотрудников учреждения.

В общей сложности среди нечеловеческих приматов было зарегистрировано 169 случаев шигеллеза, подтвержденных микробиологически. Исследователи собрали 151 изолят Shigella для серотипирования и провели полногеномное секвенирование 95 репрезентативных изолятов. Вспышка была вызвана двумя родственными кластерами Shigella flexneri, вида, который обычно поражает содержащихся в неволе нечеловеческих приматов. (Вспышки заболевания у людей чаще вызываются Shigella sonnei, но оба вида могут инфицировать любой тип приматов.) Из 90 изолятов, протестированных на устойчивость к антимикробным препаратам, более половины (63 процента) оказались мультирезистентными. В большинстве случаев наблюдались лишь легкие симптомы диареи, но были и бессимптомные случаи, а также случаи с тяжелыми симптомами. Младенцы пострадали сильнее всего, как и у людей.

Исследователи взяли образцы сыворотки, плазмы и определенных типов иммунных клеток у 41 зараженного животного на разных стадиях инфекции, через 1, 2 и от 4 до 6 недель после обнаружения инфекции. Затем они приступили к изучению иммунных реакций.

Исследователи начали с поиска антител, которые атаковали бы известную мишень на бактериях Shigella — О-антиген. Это самый внешний компонент крупной молекулы, выступающей из самой внешней мембраны бактерии. Эта молекула называется ЛПС, или липополисахарид. ЛПС встречается исключительно на бактериях, в частности, на грамотрицательных бактериях, к которым относятся E. coli, сальмонелла и Shigella. Молекула, помимо прочего, выполняет функцию структурного компонента внешней мембраны. Но, учитывая ее расположение на краю этих бактериальных клеток, она — и, в частности, самый внешний компонент О-антигена — является распространенной мишенью для иммунной системы. Однако у Shigella она изменчива, поэтому антитела против О-антигена одного серотипа могут быть неэффективны в борьбе с другими серотипами.

Основные выводы

Исследователи обнаружили различные антитела, связывающиеся с О-антигеном шигелл. Но некоторые из них, по-видимому, сформировались в результате многократного воздействия бактерий. И что наиболее интересно, они, похоже, приобрели способность атаковать О-антиген многих различных серотипов шигелл — достижение, которое имело бы решающее значение для успеха вакцины. Более того, они обнаружили, что антитела, прочно связывающиеся с О-антигеном, могут запускать каскадные реакции белков плазмы, которые заканчиваются разрушением бактериальных клеток — еще одна полезная особенность.

Далее исследователи изучили антитела, которые атаковали часть системы секреции типа 3, или сокращенно T3SS. Это распространенный механизм, который бактерии собирают для атаки своих жертв. Когда компоненты соединяются, T3SS образует структуру, похожую на шприц, с иглой, которая выступает из бактериальной клетки в клетку, которую она пытается атаковать. Затем бактерии закачивают набор белков, называемых эффекторами. Они могут выполнять различные специфические функции, но в целом работают над ослаблением защитных механизмов клетки-хозяина и созданием комфортной среды для вторгшихся бактерий.

На самом кончике системы секреции типа 3 (T3SS) шигеллы находятся два белка, IpaB и IpaD, которые атаковали антитела, полученные от нечеловеческих приматов. Ученые обнаружили, что эти белки, как правило, способны стимулировать защитные реакции иммунных клеток, включая Т-клетки. Анализируя антитела, ученые обнаружили, что некоторые из них, по-видимому, оказывали обратное действие, вызывая реакции, которые помогали шигелле разрушать клетки крови. Другие же предотвращали разрушение клеток крови. Они обнаружили, что эти два типа антител связывались с белками на кончике в разных местах внутри белков. Исследователи смогли точно определить место связывания полезных антител, что дало разработчикам вакцин точную точку для атаки.

В совокупности полученные результаты дают новое понимание и указывают направления для разработки эффективной вакцины против шигеллы. Хотя до ее создания еще далеко, исследователи надеются, что данные, полученные в ходе вспышки, помогут преодолеть существующие проблемы, и что их стратегия использования таких структурных и иммунологических данных поможет исследователям в целом лучше разрабатывать бактериальные вакцины.

Источник: arstechnica.com