Бактерии в кишечнике передали свои антигены с помощью везикул клеток эпителия
Международная группа исследователей описала механизм, с помощью которого сегментированные нитчатые бактерии в кишечнике передают свои антигены. Они заякориваются в клетках эпителия кишечника, и в местах контакта мембрана клетки формирует везикулы с бактериальным белком. С его помощью бактерии определяют развитие особого типа иммунных клеток, защищающих кишечник от инфекций. Статья опубликована в Science.
В кишечнике млекопитающих живут сообщества микроорганизмов, которые помогают животным переваривать различные соединения (например, клетчатку), синтезировать витамины и защищаться от патогенных форм. Симбионты влияют на метаболизм, физиологию и иммунитет организма. Для этого им необходимо общаться с клетками хозяина. Так, бактерии выделяют короткоцепочечные жирные кислоты, одной из функций которых является синтез слизи клетками кишечника, ароматические углеводороды, подавляющие активность иммунной системы, и многие другие вещества.
Долгое время считалось, что бактерии кишечника не контактируют напрямую с энтероцитами — клетками эпителия. Это оказалось неверным для сегментированных филаментных (нитчатых) бактерий (СФБ). Их первый «головной» сегмент буквально входит в энтероцит, не повреждая его мембрану, а в месте контакта происходит перестройка клеточного скелета. СФБ также способствуют размножению Т-хелперов 17, которые в том числе защищают кишечник от бактериальной или грибковой инфекции.
Международная группа исследователей из Канады, США и Японии под руководством Памелы Бьоркман (Pamela Bjorkman) из Калифорнийского технологического института и Ивайло Иванова (Ivaylo Ivanov) из Колумбийского университета изучила механизм взаимодействия СФБ с энтероцитами с помощью электронной томографии и трехмерной реконструкции изображений. Ученые также описали новый способ взаимодействия бактерий с клетками хозяина. В месте их тесного контакта происходит эндоцитоз — впячивание мембраны энтероцита и образование пузырька — везикулы. Ученые назвали его MATE (microbial adhesion-triggered endocytosis) — эндоцитоз, обусловленный бактериальной адгезией.
Интересно, что эти пузырьки содержат бактериальный белок P3340, который отвечает за развитие специфичных Т-хелперов 17. Исследователи рассмотрели молекулярные механизмы образования MATE везикул. Оказалось, что для этого нужны белковый комплекс динамин, который образует кольцо вокруг шейки пузырька и отшнуровывает его, и CDC42, участвующий в перестройке цитоскелета. Ученые получили мышей, у которых в энтероцитах не работал ген CDC42, и заселили их кишечник СФБ. У таких мышей бактерии нормально контактировали с клетками, однако из-за отсутствия CDC42 образование MATE везикул нарушилось, они были меньше, а в слизистой оболочке кишечника было снижено количество Т-хелперов 17. Исследователи подтвердили, что MATE везикулы, несущие бактериальный антиген P3340, нужны для размножения Т-хелперов 17.
Не только микробиота кишечника млекопитающих обладает суперспособностями. Бактерии кишечника нематод синтезируют вещества, которые отпугивают комаров, в том числе переносчиков малярии, желтой лихорадки, лихорадок денге и Зика.
Екатерина Харыбина
Сканер работает в паре со смартфоном
Канадские и мексиканские исследователи представили результаты пилотных клинических испытаний сканера для диагностики воспаления и инфекционного процесса в ранах. Устройство гиперспектральной визуализации, выполненное в виде сменного объектива для смартфона, анализирует изображение, термограмму и флуоресценцию пораженной области. В испытаниях гаджет продемонстрировал общую точность в 74 процента. Отчет о работе опубликован в журнале Frontiers in Medicine. Хронические раны, которые не заживают в течение 8–12 недель, представляют серьезную проблему для общественного здравоохранения. Типичным пусковым фактором для их развития служит инфекция, особенно в том случае, если процесс заживления в силу состояния самой раны и всего организма задержался на воспалительной фазе. Стадии раневой инфекции включают загрязнение (контаминацию), колонизацию, местную инфекцию и ее системное распространение (генерализацию). Для оказания необходимого объема помощи врачу необходимо четко различать загрязненные и колонизированные раны, однако точность подобной диагностики при простом осмотре не достигает и 60 процентов. Как правило, это компенсируют микробиологическими и молекулярными исследованиями, однако они занимают значительное время и не всегда доступны. В силу этого все больший интерес представляют физические методы исследования, такие как инфракрасная термография и регистрация бактериальной флуоресценции, а также анализ изображений с помощью алгоритмов машинного обучения. Чтобы совместить преимущества этих методов, канадская компания Swift Medical разработала устройство гиперспектральной визуализации Swift Ray 1. Оно оснащено инфракрасными датчиками для разных длин волн, источниками видимого и ультрафиолетового излучения и соответствующими камерами высокого разрешения. Они позволяют одновременно выполнять фотосъемку и инфракрасную термографию раны и регистрировать флуоресценцию бактерий в ней. Полученные изображения устройство передает на камеру смартфона с интегрированным приложением Swift Skin and Wound. Оно собирает их в датасет, который содержит информацию о физиологии, морфологии и составе тканей в ране. Роберт Фрейзер (Robert Fraser) с коллегами из трех канадских университетов, Центральной больницы имени Прието в Сан-Луис-Потоси, компаний Swift Medical и Vope Medical провели мультицентровое проспективное испытание устройства Swift Ray 1, в котором оценивали его пригодность для дифференциальной диагностики невоспаленных, воспаленных и инфицированных ран. В исследовании приняли участие 66 амбулаторных пациентов из Мексики и Канады. Сканирование ран проводили хирурги, прошедшие инструктаж, в соответствии с полученными рекомендациями (рану очищали, помещали по ее краям идущий в комплекте маркер и снимали под углом 90 градусов с расстояния 15 сантиметров). Клинические характеристики ран оценивали в соответствии с протоколом Международного института раневых инфекций (IWII). Обработку данных проводили методами главных компонент (PCA) и k-ближайших соседей (KNN) для создания нейросетевой модели, кластеризующей раны по признаку наличия инфекции и воспаления. По результатам испытаний PCA-KNN-кластеризация с учетом всех клинических и визуализационных переменных обеспечила общую точность 74 процента при дифференциальной диагностике невоспаленных, воспаленных и инфицированных ран. Для невоспаленных ран чувствительность и специфичность модели составили соответственно 94 и 70 процентов, для воспаленных — 85 и 77 процентов, для инфицированных — 100 и 91 процент. Таким образом, комбинация множественных методов визуализации позволяет создавать модели для улучшенной оценки ран. Подобные устройства для использования в месте оказания помощи могут помочь клиницистам своевременно выявлять и лечить раневые инфекции, заключают авторы работы. В феврале 2023 года американские, китайские и корейские исследователи представили биорезорбируемый беспроводной электрод для мониторинга состояния и электротерапии хронических ран. В конце 2022 года стэнфордская научная команда продемонстрировала умный пластырь для мониторинга и электростимуляции ран, который атравматично отклеивается после использования.