С болезнью Лайма справится марганец: новая стратегия терапии

Неуязвимость возбудителей борррелиоза перед иммунной системой человека строится на комплексах марганца. Атомное сканирование бактериальных клеток позволило найти уязвимость в хитроумной защите.

Дмитрий ПавловАвтор Hi-Tech Mail

На протяжении десятилетий болезнь Лайма (боррелиоз) приводила в замешательство как врачей, так и пациентов. Инфекция, вызываемая спирохетами Borrelia burgdorferi, при отсутствии лечения может длиться в течение нескольких месяцев, вызывая лихорадку, усталость и болезненные воспаления.

В ходе нового исследования ученые из США обнаружили удивительную — и ироничную — уязвимость в жизнестойких бактериях. Воспользовавшись этой уязвимостью, исследователи смогли обезвредить B. burgdorferi, что потенциально может привести к появлению новых стратегий терапии болезни Лайма.

Исследователи из Северо-Западного университета и Университета штата Юта обнаружили, что марганец, который помогает бактериям Borrelia burgdorferi защищаться от иммунной системы хозяина, одновременно является и брешью в их броне. Если бактерии Borrelia burgdorferi испытывают недостаток в марганце или получают его в избытке, они становятся очень уязвимыми для иммунной системы хозяина или для методов лечения, к которым в противном случае были бы невосприимчивы. Исследование опубликовано в журнале mBio.

Как отметил Брайан Хоффман из Северо-Западного университета, который руководил исследованием совместно с Майклом Дейли из Университета Юты, работа показывает, что марганец — палка о двух концах при болезни Лайма. Это одновременно и защита боррелии, и ее слабое место. Если понять, как микроб усваивает марганец, можно открыть двери для совершенно новых подходов к лечению болезни Лайма.

С 1980-х годов заболеваемость болезнью Лайма резко возросла в Северной Америке и по всему миру. По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, в США ежегодно диагностируют это заболевание у 476 000 человек. В настоящее время не существует одобренных вакцин против этой болезни, а длительное применение антибиотиков сопряжено с побочными эффектами.

Хотя антибиотики и наносят вред Borrelia burgdorferi, они также убивают полезные кишечные бактерии. Болезнь Лайма передается через укусы клещей и, если ее вовремя не вылечить, может привести к долгосрочным последствиям. При ней поражаются иммунная, кровеносная и центральная нервная системы пациента.

В ходе серии предыдущих исследований Хоффман и Дейли совместно работали над изучением роли марганца в жизнедеятельности Deinococcus radiodurans — устойчивой к радиации бактерии, известной как «бактерия Конан» за ее необычайную способность выживать в неблагоприятных условиях. Теперь исследователи решили выяснить, играет ли марганец какую-либо роль в защите B. burgdorferi.

Для проведения исследования команда использовала новый инструмент — визуализацию электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) — который способен определить количество атомов марганца внутри живых бактерий. Чтобы получить еще более подробную информацию, команда применила спектроскопию двойного электронно-ядерного резонанса (ENDOR) для изучения атомов, окружающих марганец и связанных с ним. С помощью этих технологий была создана молекулярная карта, показывающая, какие формы марганца присутствуют, где они находятся и как они изменяются под воздействием стресса.

«Карта» выявила двухуровневую систему защиты на основе марганца, включающую фермент MnSOD и пул метаболитов марганца. Чтобы противостоять атаке иммунной системы хозяина, бактерии сначала используют MnSOD, который действует как щит. Если какие-то радикалы кислорода проникают сквозь этот щит, они попадают в пул метаболитов, который действует как губка, впитывая и нейтрализуя эти токсичные для бактерии молекулы.

Хоффман подчеркнул, что проведенное исследование демонстрирует возможности ЭПР- и ENDOR-спектроскопии для выявления скрытых биохимических механизмов патогенов. Без этих инструментов система защиты и слабые места B. burgdorferi остались бы невидимыми.

Ученые обнаружили, что бактерии постоянно переключаются между тем, куда направлять марганец: в ферменты MnSOD или в пул метаболитов. Если марганца слишком мало, бактерии теряют свои защитные механизмы. Но по мере старения микробов их пулы метаболитов резко сокращаются, что делает их уязвимыми к повреждениям и стрессу. В этот момент избыток марганца становится токсичным, поскольку бактерии больше не могут безопасно его хранить.

Это открытие может привести к появлению новых методов лечения болезни Лайма. Будущие лекарства могут лишать бактерии марганца, нарушать их способность образовывать защитные марганцевые комплексы или даже вызывать у них токсическую перегрузку. Любой из этих подходов сделает B. burgdorferi уязвимой для иммунной системы.

Нарушив хрупкий баланс марганца в B. burgdorferi, можно ослабить патоген во время инфекции. Марганец — это ахиллесова пята патогена, и задача исследователей — найти к ней подход.Майкл Дейлисоавтор исследования.

Хитрость патогенных микроорганизмов безгранична. Недавно мы рассказали об открытом феномене самовосстановления бактериальной РНК при воздействии антибиотиков. Это новый вызов в микробиологической «гонке вооружений».

• Красота и здоровье

Поделиться