Американские ученые показали, что в условиях микрогравитации паразитическая бактерия Salmonella typhimurium успешнее заражает клетки кишечника, чем в земных условиях. Результаты исследования важны для обеспечения здоровья космонавтов во время длительных полетов.
Cальмонеллы на фоне модели ткани/ © Arizona State University
В процессе эволюции паразитические микроорганизмы выработали множество механизмов для проникновения в клетки хозяина. Однако, исследуя процесс заражения, ученые часто упускали из виду физические силы, влияющие на взаимодействие хозяина и патогена, а также на исход болезни. Теперь сотрудники Университета штата Аризона (США) показали, что в условиях, имитирующих условия невесомости во время космического полета, бактерия Salmonella typhimurium — возбудитель сальмонеллеза — заражает трехмерные модели тканей кишечника человека гораздо успешнее, чем на Земле. Результаты работы представлены в журнале Frontiers in Cellular and Infection Microbiology.
На протяжении всей 3,7-миллиардной истории жизнь на нашей планете развивались под действием силы притяжения. Клетки живых организмов подвергаются воздействию внеклеточной жидкости. Сила скольжения жидкости по поверхности клеток снижается в условиях невесомости, и это может повлиять на успешность проникновения паразита. Понимание таких процессов необходимо для обеспечения здоровья космонавтов, особенно во время длительных полетов, ведь бактерии всегда будут сопровождать людей.
Для воссоздания условий невесомости ученые поместили культуры S. typhimurium и трехмерные клеточные модели кишечника в биореактор с вращающейся стенкой. Когда цилиндр с клетками вращается, они поддерживаются во взвешенном состоянии, плавно переворачиваясь в окружающей их культуральной среде.
Исследование выявило значительные изменения как в экспрессии генов, так и в способности бактерий заражать ткани. В экспериментах «участвовали» два штамма S. typhimurium — штамм дикого типа и мутантный штамм, в котором отсутствовал белок Hfq, основной регулятор реакции на стресс у сальмонелл. Ранее ученые обнаружили, что Hfq выступает главным регулятором заражения в условиях космического полета. Однако, к удивлению авторов, в условиях невесомости мутантный штамм был способен прикрепляться к клеткам и заражать их на уровнях, сравнимых со штаммом дикого типа. Это произошло благодаря повышению экспрессии белков, необходимых для проникновения бактерии в клетку.
Таким образом, космонавты столкнутся с двойным риском заражения инфекциями во время пребывания вдали от Земли. Стрессовые условия космического полета сами по себе ослабляют иммунную систему, в то же время условия невесомости могут сделать некоторых патогенов более опасными инфекционными агентами.
