Благодаря новому исследованию, опубликованному в научном журнале Acta Pharmacologica Sinica, ученые изучили, как 2 основных токсина C. diff, A и B, проникают в клетки кишечника, что является первым шагом к возможному лечению, в котором не используются антибиотики.
Актуальность проблемы
Бактерия Clostridiodes difficile (C. diff) является основной причиной тяжелых, иногда фатальных инфекции, протекающих с диареей. C. diff размножается в больницах и стационарах, где люди получают длительное лечение антибиотиками. Большая часть вреда от C. diff вызвана токсинами, которые производит бактерия, так как они повреждают кишечную слизистую оболочку.
«Болезнь вызвана исключительно токсинами», – говорит автор исследования Мин Донг (Min Dong), который занимается изучением бактериальных токсинов в отделении урологии детской больницы Бостона (Department of Urology at Boston Children’s Hospital). «Штаммы C. difficile без токсинов могут колонизировать кишечник, но они не вызывают нарушения микробиома кишечника».
Материалы и методы обследования
В 2016 году Донг открыл порт входа для токсина B. Используя технологию редактирования генома CRISPR/Cas9, Донг провел скрининг всех генов в клетках человека на предмет их потенциальной роли в связывании токсинов и проникновении в клетки.
Результаты научной работы
Когда клетки мутируют, токсин не может проникнуть в клетки и ткани кишечника, так как клетки становятся менее чувствительными к токсину. Используя тот же метод, ученые определили, что активность этого токсина может блокироваться с помощью молекул, уже разрабатываемых для различных медицинских показаний. Ученые обнаружили, что многие гены, участвующие в синтезе определенных молекул сахара, необходимы для связывания токсина А с клетками. Эти сахара, известные как сульфатированные гликаны, очень распространены на клеточных поверхностях. Вирусы, природные факторы роста и сигнальные молекулы зачастую используют их для проникновения или взаимодействия с клетками.
«Когда мы увидели потенциальную роль сульфатированных гликанов, мы обратились за помощью к нашим коллегам-вирусологам из лаборатории Шона Уилана (Sean Whelan’s lab) в Гарвардской медицинской школе (Harvard Medical School)», – объясняет Донг. «Ученые знакомы с сульфатированными гликанами как факторами прикрепления к различным вирусам».
Вместе исследователи установили, что токсин А использует широкий спектр сульфатированных гликанов для связывания с клеточными поверхностями.
«Простой привязки к клеткам недостаточно», – утверждает Донг. «Токсин должен найти способ эффективно проникать в клетки».
Ген, кодирующий рецептор липопротеинов низкой плотности (ЛПНП), постоянно перемещается между поверхностью клетки и внутренней частью клетки, чтобы доставлять липопротеины в клетки.
«Токсин А связывает ЛПНП для эффективного проникновения в клетки», – объясняет Донг. «Комбинируя первоначальное распознавание сульфатированных гликанов с рекрутингом ЛПНП, токсин максимально увеличивает вероятность выхода на поверхность клетки и может в то же время быстро проникать обратно внутрь клетки».
Ученые уже разрабатывают сульфатированных соединений, которые препятствуют связыванию различных молекул с сульфатированными гликановыми рецепторами. Эти соединения действуют как приманки, объединяя молекулы, которые иначе связались бы с клетками на кишечной поверхности.
«Токсин отдает предпочтение сахару на клеточной поверхности», – объясняет Донг. «Искусственные сахара могут блокировать его».
Сахароподобная молекула под названием GM-1111, похожая по структуре на антикоагулянтный гепарин, первоначально использовалась для подавления иммунного ответа при воспалительных состояниях без антикоагулянтного свойства. В мышиной модели GM-1111 снижает накопление токсинов в жидкости и уменьшает повреждение тканей толстой кишки, что является обнадеживающим эффектом. Следующий научный вопрос лаборатории – выяснить, как токсины А и В работают вместе, чтобы предотвратить развитие инфекции C. diff.
Выводы
«Большинство инфекций используют как А, так и В токсины», – объясняет Донг. «Теперь, когда у нас есть способы блокировать оба токсина, мы можем попробовать комбинированный метод в лечении C. diff».
Авторы другого исследования утверждают, что антибиотики могут способствовать росту «плохих» микробов в кишечнике.
