Įjungta salmonelė: skysčių jėgos nurodo daugelio vaistinių preparatų atsparių bakterijų liga

Anonim

Kartą viduje žmogaus kūno, infekciniai mikroorganizmai, pavyzdžiui, salmonelės, susiduria su skysta situacija. Jie gyvena vandeningame pasaulyje, apsuptame skysčiu, kuris nuolat kyla ir nulūžta jų ląstelių paviršių - nuosavybė, žinoma kaip skysčio pjoviklis.

Naujajame "Nature Publishing Group" žurnalo " Npj Microgravity" tyrime mokslų daktaras Cheryl Nickerson ir jos kolegos tiria fiziologinio skysčio šienapjovės poveikį ST313, ypač pavojingam salmoneliozės tipui, kuris yra atsparus daugybei antibiotikų ir šiuo metu sunaikinantis Afrikos į pietus nuo Sacharos regionai.

Skirtingai nuo "klasikinių" salmonelių padermių, kurios sukelia gastroenteritą, žarnyno liga dažnai nėra vykdant ST313 infekcijas, o izoliatai dažniausiai atsigauna iš kraujo, o ne išmatos. Naujausi epideminiai ST313 protrūkiai Afrikoje į pietus nuo Sacharos pabrėžia būtinybę gerinti mechaniškus infekcijos ir ligos progresavimo modelius.

Naujasis tyrimas pirmą kartą rodo, kad skysčių suspaudimo jėgos reguliuoja ligos progresavimą ne tik gerai ištirtuose salmonelės dėmėse, sukeliančiose gastroenteritą, bet ir ST313 padermes. Konkrečiai, didelės skysčių suspaudimo jėgos pagreitino ligos pradžią ir padidino Salmonella ST313 padermės D23580 gebėjimą išgyventi stresines sąlygas, susidariusias infekcijos metu.

Įdomu tai, kad D23580 reakcija į skysčio pjūvį skiriasi nuo "klasikinių" salmonelių, sukeliančių žarnyno infekcijas, o tai rodo, kad skirtingos skysčių susitraukimo jėgos, su kuriomis susiduria žarnyno trakto patogenai, palyginti su krauju, gali skirtis nuo ligos progresavimo.

Skysčio šlyties fizinės jėgos potencialas sukelti patogenų atsaką ir infekcinių ligų rezultatus yra novatoriškos idėjos, kurias pirmą kartą pasiūlė Nickersono komanda. Jų atradimai yra pagrindas greitai augančiam bakterijų mechanotransduction (bakterijų ląstelių gebėjimas jausti ir reaguoti į fizines jėgas) ir kaip jis susijęs su infekcine liga.

"Šio tyrimo rezultatai atskleidė naują šviesą į fizines jėgas, kurias natūralus infekcijos metu gali naudoti ST313 padermės, kad nustatytų jų vietą kūne ir inicijuotų ligų specifines programas", - teigia Nickersonas. "Ši išvada gali atspindėti evoliucinės adaptacijos tarp Salmonella štamų, sukeliančių žarnyno ligą, ir tų, kurie sukelia sunkesnes kraujo infekcijas, skirtumus. Dėl šių rezultatų gali atsirasti naujų tikslų, susijusių su skubiai reikalingos terapijos vystymuisi nuo daugelio vaistinių preparatų atsparių bakterijų".

Šio tyrimo metu bakterijos ląstelės buvo auginamos prietaisu, vadinamu sukamą sienelės indų bioreaktorių (RWV). Pradžioje sukurta NASA, RWV buvo naudojamas kultivuoti ląsteles skysčio pjovimo metu, kad būtų imituojamos žmogaus kūne esančios sąlygos, taip pat tos, kurios susiduria skrydžio metu. Nickersonas ir jo kolegos anksčiau parodė, kad RWV bioreaktoriai yra galinga platforma, skirta tyrinėti šeimininko patogenų elgesį.

Tyrimai, tokie kaip dabartinis, suteikia svarbios įžvalgos apie priemones, kuriomis ST313 ir kiti invaziniai patogenai infekuoja kūną, kolonizuoja audinius, išvengia priimančiosios gynybos ir sukelia ligas.

Nickersonas yra laikinasis direktorius, atsakingas už Biodesign Infekcinių ligų ir vakcinologijos centro Arizonos valstybiniame universitete. Naujo tyrimo metu kartu vadovaujantys autoriai yra mokslų daktaras Jiseon Yang ir mokslų daktarės profesorius Jennifer Barrila. Prie jų prisijungė "Associate Research Professor" Kenneth Roland "Biodesign" ir Markas Otas NASA Džonsono kosminių technologijų centre. (Nickersonas taip pat yra ASU Gyvosios gamtos mokslų mokyklos profesorius.)

Daugybė grėsmių

Patogeninės Salmonella bakterijos skirstomos į dvi plačias kategorijas: šnypščiosios ir neefektyvios (arba NTS padermės). Pirmasis, atsakingas už vidurių užkietėjimą, apima Salmonella Typhi ir Paratyphi. Kaip sakoma, tokie patogenai yra "prieglobos apribojimai", skirti žmonėms ir didesniam primatų skaičiui.

Tyfoidinės salmonelių padermės sukelia sunkias krauju perneštas infekcijas ir yra dažniau išsivysčiusios šalyse, kuriose užterštas vanduo dažnai aprūpina bakterijas. Neužgydytas, vidurių šiltinis karščiavimas gali sukelti šoką, organų nesėkmę ir mirtį.

Kita vertus, netifoidinės formos yra visur, todėl kasmet Jungtinėse Amerikos Valstijose vienam milijonui maisto sukeliančių ligų sukelia 19 000 hospitalizacijų ir 380 mirčių, atsižvelgiant į ligų kontrolės centrus. Netifoidinės salmonelių (NTS) padermės yra pagrindinė bakterijų sukelta maisto sukelta liga, kuri paprastai sukelia virškinimo trakto sutrikimą, pykinimą, vėmimą ir viduriavimą.

Yra daugiau nei 2500 variantų NTS formų. Skirtingai nuo šnypščiojo štamo, ne-tyfoidinės Salmonella veislės yra zoonoziškai užkrėsti daugybę gyvūnų šeimininkų, įskaitant žmones. Paprastai netifoidinės salmoneliozės bakterijos perduodamos per užkrėstą maistą, ypač mėsą, naminius paukščius, kiaušinius ir pieną. Nors nėra tyfoidinių salmonelių vakcinos, su sveikata susijusių ligų dažnumas yra savaiminis.

Atsirandantys dėl daugelio vaistų atsparių štamų grėsmė Afrikoje

Nors klasifikuojami kaip neefektyvūs patogenai, atrodo, kad salmoneliozės ST313 atmainos yra tarp tradicinių tyfoidinių ir ne-tyfoidinių salmonelių pavadinimų. Dažnai sergantiems asmenims nepasireiškia skrandžio ir žarnyno sutrikimas, dažnai susijęs su NTS infekcijomis. Priešingai, ST313 yra pagrindinė mirtingųjų kraujo infekcijų priežastis mažiems vaikams, sergantiems maliarija, sunkia anemija ir (arba) bloga mityba, taip pat su ŽIV virusu užsikrėtusiems suaugusiems.

Invazinės neefektyvios salmonelės, tokios kaip ST313, yra svarbi vaikų, jaunesnių kaip penkerių metų, ligos priežastis Afrikoje į pietus nuo Sacharos. Šie štamai dažnai atskleidžia daugelio vaistų atsparumą ir sukelia septicemiją, meningitą ir kitas rimtas komplikacijas, kurios dažnai yra mirtinos.

Kadangi ST313 yra labai atsparus vaistams, efektyvus gydymas yra sudėtingas, ypač neturtinguose regionuose, kuriuose yra netinkamos sveikatos priežiūros infrastruktūros. Vaikų mirtingumas yra nuo 20 iki 25 procentų, o ŽIV užsikrėtusių pacientų skaičius gali siekti net 50 procentų.

"Šis tyrimas rodo, kad užkrėsto šeimininko fizinės jėgos nišos gali paskatinti dinaminį patogenų atsaką ir prisitaikymą, kurie yra svarbūs ligos progresavimui", - sako Jangas. "Mūsų išvados gali būti pagrindas kuriant naujas strategijas, skirtas veiksmingai kovoti su atsirandančiais ir atsinaujinančiais patogenais, kurie šiuo metu kelia grėsmę pasaulio milijonų sveikatai".

Nugaros dydis

Kaip ne kartą parodė autoriai, bakterinės reakcijos į skysčio pjovimo pokyčius yra būtinos infekcinės ligos proceso reguliavimui tokiais būdais, kurių dažnai negalima stebėti taikant tradicinius eksperimentinius metodus, kai bakterijos ląstelės yra suskirstytos arba laikomos statinėmis laboratorinėje kolboje. Šie tradiciniai testai gali nesugebėti pakartoti subtilių mechaninių ženklų, svarbių infekcijos procesams ir ligų vystymuisi, todėl trūksta pagrindinių parametrų, kurie yra svarbūs norint suprasti, kaip infekcinė liga atsiranda žmogaus organizme.

Daug veiksnių prisideda prie patogenų gebėjimo infekuoti jo šeimininką, įskaitant pH, temperatūrą, deguonį ir maistinių medžiagų prieinamumą. Nors pastaruoju metu buvo nustatyta, kad ST313 atakuoja įvairių rūšių gyvūnus, nors ir ne taip plačiai, kaip NTS štamai, visos potencialių šeimininkų ir gyvūnų rezervuarai Afrikoje į pietus nuo Sacharos nėra žinomi. "Nickerson" komanda anksčiau parodė, kad be žmonių, pelėms taip pat gali būti užsikrėtę ST313 padermė D23580.

Kadangi Nickerson ir jo kolegos anksčiau parodė įvairias įžeminimo ir kosmoso eksperimentus, aukštesni ir žemesni skysčių susitraukimo jėgų, sklindančių bakterijų ląstelių paviršiai, lygis gali sukelti gilius "klasikinės" gastroenteritą skatinančios salmonelių gebėjimą sukelti ligą (virulentiškumas) ir išgyventi priimančiosios gynybai. Tačiau dabartinis darbas yra pirmasis tyrimas, kurio metu buvo nagrinėjamas bet kurio kamieno, patenkančio į mirtiną ST313 genetą, skysčių suspaudimo reakcija ir parodė, kad D23580 elgiasi labai kitaip nei klasikinis NTS, reaguodamas į šias dinamines kultūros sąlygas.

Kai mokslininkai ST313 padermę D23580 padavė į RWV skysčio šlyties sąlygas, rezultatai buvo stebintys. Skirtingai nuo "klasikinių" NTS padermių, ST313 reagavo į fiziologines skysčių suspaudimo sąlygas priešingai, kai virulentiškumo bruožai ir streso apsauga padidėjo esant aukštesnėms skysčių suspaudimo sąlygoms. Tiksliau, mažesnė mirties trukmė buvo pelėms, užkrėstoms D23580, auginamos aukštesnės skysčių suspaudimo sąlygomis.

D23580 padermė taip pat pasižymėjo didesniu atsparumu mažam pH, tulžies druskų, oksidacinių ir osmosinių įtampų sąlygoms, kurios yra natūralus antimikrobinis poveikis žmogaus kūne. Nuolatiniai Nickersono ir jos kolegų tyrimai yra skirti aiškiai atskirti ligos mechanizmus darbe šiame labai mirtiniame patogeneje.

"Istoriškai skysčių šlyties svarba reguliuojant ligas sukeliančias bakterijų savybes buvo iš esmės nepakankamai įvertinta. Šis tyrimas remiasi mūsų ankstesnėmis išvadomis, rodančiomis, kad bakterijos yra sunkiai reaguojamos į įvairias fizines jėgas, įskaitant skysčio šlyties. rodo, kad šie atsakymai gali skirtis net ir tarp glaudžiai susijusių bakterijų ", - sako Barrila. "Mūsų ateityje atliekami tyrimai gali atlikti papildomus palyginimus su glaudžiai susijusiais štamais, kad geriau suprastų konkrečius mechanizmus, kuriuos bakterijos naudoja skysčių susitraukimui jausti ir reaguoti į jas, skirtingai veikiančios jų ligas sukeliančias savybes."

menu
menu