Сегментированные филаментные бактерии защищают от ротавируса

Сегментированные нитчатые бактерии предотвращают и излечивают ротавирусную инфекцию

Ученые выделили кишечные бактерии, которые могут предотвращать и лечить ротавирусную инфекцию

Присутствие специфической микробиоты или микроорганизмов, которые живут в пищеварительном тракте, может предотвратить и вылечить ротавирусную инфекцию, которая является основной причиной тяжелой, угрожающей жизни диареи у детей во всем мире, согласно новому исследованию Института биомедицинских наук в Университете штата Джорджия.

Результаты, опубликованные в журнале Cell, могут объяснить, почему у одних людей ротавирус вызывает тяжелую, опасную для жизни болезнь, а у других - только легкую. Это может привести к возможному лечению и профилактике ротавирусной инфекции. Не существует более действенных методов лечения ротавируса, кроме введения жидкостей во избежание обезвоживания.

Ротавирус - это очень заразный вирус, который может вызвать сильную диарею, рвоту, жар, боль в животе и смерть. Ротавирусная инфекция возникает в результате прямого контакта с инфицированным человеком или воздействия его фекалий. Младенцы и дети младшего возраста наиболее подвержены этой болезни, и эта болезнь может привести к серьезному обезвоживанию, госпитализации или даже смерти. По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, ротавирус приводит к 215 000 случаев смерти во всем мире в год среди детей младше 5 лет.

Восприимчивость к ротавирусу не совсем понятна и может сильно различаться у разных людей и регионов. Ротавирус вызывает относительно легкое заболевание как в развитых странах, так и в бедных регионах Центральной Америки, но ежегодно он убивает многие тысячи детей в бедных регионах к югу от Сахары и в Индии. Даже в определенных обществах у некоторых людей ротавирус вызывает легкое недомогание, а у других  - тяжелое опасное для жизни заболевание.

«Это исследование показывает, что одной из главных детерминант предрасположенности к ротавирусной инфекции является состав микробиоты», - сказал д-р Эндрю Гевирц (Dr. Andrew Gewirtz), старший автор исследования и профессор Института биомедицинских наук в штате Джорджия.

Кишечная микробиота - это собирательный термин для микроорганизмов, живущих в кишечнике. Было известно, что состав микробиоты влияет на бактериальную инфекцию, но роль микробиоты в воздействии вирусной инфекции была полностью неизвестна.

«Это открытие было счастливым, - сказал Гевирц. «Мы разводили мышей и поняли, что некоторые из них были полностью устойчивы к ротавирусу, тогда как другие были очень восприимчивы. Мы исследовали почему и обнаружили, что устойчивые мыши несут различную микробиоту. Пересадка фекальной микробиоты передала устойчивость к ротавирусу новым хозяевам».

Дальнейшие исследования показали, что преобладающей детерминантой устойчивости к ротавирусу было присутствие одного вида бактерий, называемых сегментированными нитевидными бактериями, или SFB. Исследователи обнаружили, что SFB снижают инфекционность ротавируса и защищают от ротавируса, заставляя эпителиальные клетки сбрасываться и заменяться новыми, неинфицированными клетками.

Кратко о SFB или СФБ (Сегментированные филаментные (нитчатые) бактерии)

Давным-давно, в 1849 году, американский биолог Джозеф Лейди обнаружил необычных нитевидных бактерий в кишечнике насекомых. Спустя много лет, в 1900-х годах, стало известно, что подобные бактерии обитают в кишечнике позвоночных животных. Не так давно выяснилось, что эти странные микроорганизмы обладают мощными иммуностимулирующими свойствами.

SFB (СФБ) – это особая группа анаэробных спорообразующих бактерий-комменсалов, родственных клостридиям и выделенных в два предполагаемых рода Candidatus Arthromitus и Candidatus Savagella. Бактерии эти непростые, обладающие интересными свойствами — как выяснилось, они способны тренировать иммунитет: вызывать сильный иммунный ответ за счет интенсивной стимуляции созревания Т- и В-клеток. Также они провоцируют развитие нормального физиологического воспаления. Колонии этих бактерий способствуют созреванию лимфоидной ткани в слизистой кишечника, вызывают мощный выброс иммуноглобулина А (это один из первых белков, «просыпающихся» в ответ на инфекцию), активируют медиаторы врожденного иммунитета в кишечнике. Кроме того, колонизация этими бактериями оказывает адъювантное (усиливающее) действие на системный иммунный ответ, когда организм борется с какой-либо инфекцией или собственными тканями: у мышей, например, наблюдали обострение течения аутоиммунных энцефаломиелита и артрита. В то же время СФБ защищали мышей, генетически предрасположенных к такому аутоиммунному заболеванию, как сахарный диабет I типа, от развития этой патологии.

Рисунок 1. Схематическое изображение этапов роста и дифференцировки сегментированных филаментных бактерий. 

Исходная бактериальная клетка — «головной сегмент» — прикрепляется к эпителиальной клетке кишки с помощью выроста (сосочка). Клетка постепенно удлиняется, образуются поперечные перегородки (септы), разделяющие тело бактерии на первичные сегменты. В определенный момент в направлении от «хвостовых» сегментов к «головному» запускается процесс нового септообразования: первичные сегменты симметрично делятся, образуя вторичные сегменты. Начинается дифференцировка: вторичные сегменты тоже делятся, но уже асимметрично, формируя условно материнскую и дочернюю (меньшую по размеру) клетки. Материнская клетка поглощает дочернюю, которая затем делится надвое. Так формируется внутриклеточное потомство — две клетки с крепежным сосочком, т.е. будущие «головные» сегменты. Они могут прорвать клеточную стенку родительского филамента и «отрастить» новый, прикрепившись к кишке, а могут образовать эндоспору, которая при выходе из ЖКТ хозяина отправится колонизировать других особей (Рисунок взят из Chase D.G. and Erlandsen S.L. (1976). Evidence for a complex life cycle and endospore formation in the attached, filamentous, segmented bacterium from murine ileum. J. Bacteriol. 127, 572–583.).

Рисунок 2. Сегментированные нитчатые бактерии (SFB) защищают от ротавируса (RV)

«Это новое базовое открытие, которое должно помочь понять предрасположенность к ротавирусной инфекции», - сказал Гевирц. «Он не дает немедленного лечения людям, но предоставляет потенциальный механизм для объяснения дифференциальной восприимчивости различных популяций и разных людей к кишечной вирусной инфекции. Кроме того, это может привести к новым стратегиям профилактики и лечения вирусных инфекций».

Доктор Женда Ши (Dr. Zhenda Shi), первый автор исследования, который провел исследование в Институте биомедицинских наук штата Джорджия и начал работать в ротавирусном отделении Центров по контролю и профилактике заболеваний, сейчас исследует, может ли кишечная микробиота объяснить различия в чувствительности к ротавирусной инфекции у людей.

Исследование финансировалось Национальным институтом здоровья Национального института диабета и болезней органов пищеварения и почек, а также Национальным институтом аллергии и инфекционных заболеваний.

Источник: материалы предоставлены Georgia State University

Статья в журнале: Zhenda Shi, Andrew T. Gewirtz, et al. Segmented Filamentous Bacteria Prevent and Cure Rotavirus Infection. Cell, 2019