Марганец — палка о двух концах в случае болезни Лайма

от

Болезнь Лайма десятилетиями ставит в тупик как врачей, так и пациентов. Вызываемая бактерией Borrelia burgdorferi, имеющей форму штопора, инфекция при отсутствии лечения может сохраняться месяцами, приводя к лихорадке, усталости и болезненному воспалению.

В новом исследовании учёные из Северо-Западного университета и Университета службы общего здравоохранения и образования (USU) обнаружили неожиданную и ироничную уязвимость у этой устойчивой бактерии. Используя эту уязвимость, исследователи могут помочь обезвредить B. burgdorferi, что потенциально приведёт к новым терапевтическим стратегиям лечения болезни Лайма.

Команда из Северо-Западного университета и USU обнаружила, что марганец, который помогает бактерии B. burgdorferi защищаться от иммунной системы хозяина, одновременно является и брешью в её броне. Если лишить бактерию марганца или перегрузить её этим элементом, она становится крайне уязвимой для иммунной системы хозяина или для методов лечения, которым она в противном случае сопротивлялась бы.

Исследование опубликовано в mBio.

«Наша работа показывает, что марганец — это палка о двух концах в случае болезни Лайма», — сказал Брайан Хоффман из Северо-Западного университета, который совместно руководил исследованием с Майклом Дейли из USU. «Это и броня Borrelia, и её слабость. Если мы сможем нацелиться на то, как она управляет марганцем, мы сможем открыть двери для совершенно новых подходов к лечению болезни Лайма».

Хоффман — профессор химии и молекулярной биологии в колледже искусств и наук имени Вайнберга Северо-Западного университета. Он также является членом Института химии жизненных процессов и Комплексного онкологического центра Роберта Х. Лурье Северо-Западного университета. Дейли — заслуженный профессор патологии в USU.

С 1980-х годов заболеваемость болезнью Лайма резко возросла по всей Северной Америке и по всему миру. По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, ежегодно в Соединённых Штатах диагностируется около 476 000 человек. В настоящее время не существует одобренных вакцин против этой болезни, а длительное применение антибиотиков проблематично.

«Хотя антибиотики вредят B. burgdorferi, они также убивают полезные кишечные бактерии», — сказал Дейли. «Болезнь Лайма передаётся через укусы клещей и при отсутствии своевременного лечения может вызывать длительные последствия, поражая иммунную, кровеносную и центральную нервную системы пациента».

В серии предыдущих исследований Хоффман и Дейли сотрудничали, чтобы понять роль марганца в Deinococcus radiodurans, радиационно-устойчивой бактерии, известной как «Бактерия Конан» за её выдающуюся способность выживать в суровых условиях. Теперь они хотели выяснить, играет ли марганец роль в защите B. burgdorferi.

Для проведения исследования команда использовала новый инструмент — электронно-парамагнитную резонансную (ЭПР) визуализацию, чтобы охарактеризовать атомный состав марганца внутри живых бактерий. Чтобы добавить ещё больше деталей, команда использовала спектроскопию электронного ядерного двойного резонанса (ENDOR) для изучения атомов, окружающих марганец. Вместе эти технологии создали молекулярную карту, показывающую, какие формы марганца присутствуют, где они расположены и как они изменяются под воздействием стресса.

«Карта» показала двухуровневую систему защиты на основе марганца, включающую фермент MnSOD и пул метаболитов марганца. Чтобы противостоять бомбардировке иммунной системы хозяина, бактерии сначала используют MnSOD, который действует как щит. Если какие-либо кислородные радикалы проскользнут мимо этого щита, они встречаются с пулом метаболитов, который действует как губка, впитывая и нейтрализуя эти токсичные молекулы.

«Наше исследование демонстрирует силу ЭПР и ENDOR-спектроскопии для раскрытия скрытых биохимических механизмов у патогенов», — сказал Хоффман. «Без этих инструментов система защиты B. burgdorferi и слабые места оставались бы невидимыми».

Учёные обнаружили, что бактерии постоянно манипулируют распределением марганца — направляют его либо к ферментам MnSOD, либо в пул метаболитов. Слишком мало марганца, и бактерии теряют свои защитные механизмы. Но с возрастом у микробов их пулы метаболитов резко сокращаются, оставляя их уязвимыми для повреждений и стресса. В этот момент слишком большое количество марганца становится токсичным, потому что бактерии больше не могут безопасно его хранить.

Это открытие открывает перспективы для новых методов лечения болезни Лайма. Будущие лекарства могут лишить бактерию марганца, нарушить её способность формировать защитные комплексы марганца или даже довести её до токсического перегруза. Любой из этих подходов сделает B. burgdorferi уязвимой для атаки иммунной системы.

«Нарушая хрупкий баланс марганца в B. burgdorferi, можно ослабить патоген во время инфекции», — сказал Дейли. «Марганец — это ахиллесова пята её защиты».

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте