Новая вакцина спасла мышей от гипервирулентного штамма клебсиеллы

Ученые из США, Австралии и Канады успешно протестировали на мышах вакцину, которая позволяет бороться со штаммом клебсиеллы, способным заражать даже людей с крепкой иммунной системой. Новая вакцина состоит из белков синегнойной палочки и сахаров самой клебсиеллы, синтезированных кишечной палочкой. Результаты доклинических испытаний описаны в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Klebsiella pneumoniae — опасная бактерия, которая вызывает болезни внутренних органов, в том числе и пневмонию. Особая опасность клебсиеллы связана с тем, что среди ее штаммов появляется все больше устойчивых к противомикробным препаратам. Например, в России, по данным Всемирной организации здравоохранения, более 50 процентов изолятов бактерии, взятых из крови или спинномозговой жидкости, обладают такой устойчивостью. Клебсиелла входит в крайне приоритетную группу списка бактерий, для борьбы с которыми срочно требуется создание новых антибиотиков, составленного ВОЗ.

Клебсиелла становится все более устойчивой к антибиотикам, но раньше она поражала только людей с ослабленным иммунитетом, например, пациентов больниц. В 80-х годах прошлого века появились гипервирулентные серотипы этой бактерии, то есть такие, которые заражают даже здоровых людей с нормально работающей иммунной системой, вызывая, например, внебольничную пневмонию.

Для борьбы с клебсиеллой могла бы подойти новая вакцина, но гипервирулентные палочки клебсиеллы отличаются тем, что синтезируют большое количество полисахаридов, покрывающих их клеточную стенку. Эти сахара мешают иммунной системе распознавать белки бактерии и реагировать на нее, поэтому иммунный ответ получается слабым.

Марио Фельдман (Mario F. Feldman) из Медицинской школы Университета Джорджа Вашингтона и его коллеги из Австралии и Канады решили создать конъюгатную вакцину, чтобы обойти проблему из сахаров. Конъюгатные вакцины состоят не из одного, а из двух антигенов — слабого и сильного. Т-клетки иммунной системы, которые могут запоминать инфекцию и потому отвечают за приобретенный иммунитет, не могут включаться и активировать B-клетки, если не могут распознать чужеродные белки. Часть B-клеток включается и в ответ на чужие сахара, но такой иммунный ответ получается слабее, чем если бы работали и Т-клетки. Поэтому ученые решили составить вакцину из сахаров клебсиеллы и белков другой бактерии, на которую Т-клетки смогут реагировать. Обычно такие вакцины производят с помощью химической конъюгации, но этот способ сложный и долгий, поэтому ученые решили заставить делать всю работу кишечную палочку.

Они перенесли в E. coli гены клебсиеллы, нужные для синтеза полисахаридных нитей двух серотипов, К1 и К2, которые отвечают за 70 процентов всех случаев заражения гипервирулентными штаммами в мире. После этого они ожидали, что палочка приступит к синтезу нужных сахаров, но она этого делать не стала. Тогда ученые перенесли в кишечную палочку еще один ген клебсиеллы, активатора транскрипции rmpA. После этого палочка стала создавать нужные сахара.

После этого ученые прикрепили сахара клебсиеллы к белку, который бы вызывал иммунный ответ Т-клеток. Для этого авторы статьи использовали кишечные палочки, созданные раньше, способные производить экзотоксин А, которые в природе синтезирует синегнойная палочка (Pseudomonas aeruginosa). А для того, чтобы соединить из этого белка и сахаров гликопротеин, нужный ученым, они использовали фермент олигосахарид-трансферазу PglS, которую обычно делает бактерия Acinetobacter baylyi. Эта бактерия, однако, не умеет собирать гликопротеины из неизвестного ей белка, поэтому белок, который делала предварительно модифицированная кишечная палочка, состоял из экзотоксина А и куска белка ComP, ацинетобактеру знакомого.

Поместив в кишечную палочку набор генов других микробов, ученые гликопротеин, который состоит из белка-токсина синегнойной палочки и сахара клебсиеллы.

После успешного синтеза вакцины ученые приступили к ее проверке. Они инъецировали вакцину лабораторным мышам трижды в течение 42 дней и убедились, что организм животных с каждым днем вырабатывает все больше иммуноглобулинов, специфических для клебсиеллы.

После этого ученые провели опыты с мышами, зараженными клебсиеллой. Животных разделили на две группы по 20 особей. В первой были те, кого предварительно трижды вакцинировали в течение 28 дней с помощью вакцины против серотипов К1 и К2 клебсиеллы. Во второй были мыши, которых вакцинировали плацебо — просто экзотоксином А, который не вызывает ответа, специфического для клебсиеллы. Легкие всех мышей заразили клебсиеллой, причем половину — более вирулентным штаммом К1 NTUH K-2044, а вторую — штаммом К2 ATCC 43816, менее вирулентным у мышей. После этого ученые наблюдали за животными две недели.

По окончании опыта оказалось, что в контрольной группа, зараженная самым вирулентным штаммом, погибло 80 процентов мышей. Из контрольных мышей, которых заразили штаммом послабее, умерло 20 процентов. В группе же, которой ввели экспериментальную вакцину, выжило 80 процентов мышей, зараженных самым вирулентным штаммом. Среди вакцинированных грызунов, которых заразили более слабой клебсиеллой, потерь не было.

Как пишут авторы работы, это доклиническое исследование — ключевой шаг в предотвращении дальнейшего распространения гипервирулентных штаммов клебсиеллы. Теперь ученые намерены провести клинические испытания вакцины.

Мы уже писали о вреде клебсиеллы: пожилая американка умерла от септического шока, вызванного клебсиеллой, а против бактерии не помог ни один антибиотик.

Максим Печорин