18 ноября 2024
Клеточная микробиология как область научных знаний появилась совсем недавно, но уже успела продемонстрировать миру свои успехи и достижения. Исследования ученых, проводимые в этой области, свидетельствуют о том, что в основе многих патологических процессов лежит хроническое воспаление, которое индуцируют различные инфекционные агенты. Оно определяет развитие патологии при самых разных заболеваниях, таких как атеросклероз, бесплодие, неврологические и аутоиммунные синдромы, гастриты, язвы желудка, некоторые формы рака.
На сегодняшний день сложилась угрожающая ситуация с распространенностью хронических состояний как инфекционной, так и замаскированной инфекционной природы. Поданным ВОЗ, хронические болезни ежегодно уносят жизни более 22 млн человек. При этом современная медицина пока не имеет возможностей для лечения хронических инфекций. Если антибиотики и вакцинотерапия эффективно работают при острых стадиях болезни, то при хронических процессах они не позволяют остановить распространение измененного возбудителя.
В НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф.Гамалеи РАМН длительное время проводятся исследования по изучению механизмов развития хронических инфекций, вызываемых бактериальными патогенами. Сейчас перед учеными стоит задача: на основе изучения таких механизмов разработать новые подходы к диагностике и лечению хронических болезней. Мы попросили рассказать об этом заведующую лабораторией хламидиозов НИИЭМ им. Н.Ф.Гамалеи доктора биологических наук Наилю ЗИГАНГИРОВУ.
Биопленки как источник патологии
Острая и хроническая инфекция - это две разные формы взаимодействия патогена и организма хозяина. При острой инфекции патоген активно размножается, распространяясь в организме, и антибиотики эффективно блокируют процессы. При хронической инфекции у патогена совершенно другая стратегия. Ему нужно адаптироваться к «враждебному» окружению организма хозяина и обеспечить себе возможность длительного выживания. А для того чтобы выжить и запустить инфекционный процесс, патоген имеет различные механизмы. С одной стороны, такие механизмы помогают ему уходить от атаки иммунной системы, а с другой - нападать, чтобы инактивировать защиту организма хозяина.
В нашем институте в результате всесторонних исследований, которые проводятся в разных лабораториях, было сделано два важных вывода. Первый: практически все известные патогенные и условно-патогенные бактерии вызывают хронические инфекции разных систем организма. А второй вывод заключается в том, что у разных микробов, попадающих в организм человека, существуют общие молекулярные механизмы для развития хронического процесса, несмотря на то, что они вызывают самую различную патологию в разных органах и системах организма человека. И этот вывод очень важен для поиска средств борьбы с хроническими инфекциями. Он позволяет прогнозировать создание новых лечебных препаратов на основе выявления общих механизмов.
Есть три основных механизма, которые присущи патогенам в зависимости от типа паразитирования (размножение вне или внутри клетки). Это образование биопленок, антигенная изменчивость и модификация клеточного ответа. Для внеклеточных патогенов, например таких, как возбудители внутрибольничных инфекций, показано, что в 99% случаев в водных экосистемах они растут не в виде свободно плавающих бактерий, а прикрепляются к любым твердым поверхностям, образуя структуры, названные биопленками. Это высокоорганизованные сообщества бактерий, объединенных сложными межклеточными связями и защищенных продуцируемым ими полимерным матриксом. Такие сообщества формируются как на поверхностях различного происхождения. Так и в организме хозяина. Оказалось, что в составе биопленок бактерии во много раз устойчивее к антибактериальным препаратам и к факторам иммунной защиты по сравнению со свободно живущими бактериями. Это связано как со структурой биопленки, то есть наличием защитного матрикса, так и с физиологией клеток, формирующих сообщества. Разрушить биопленки практически невозможно. Совершенно очевидно, что такой защищенный патоген может длительно выживать и, более того, формировать новые биопленки, что как раз и приводит к хроническому процессу. Биопленки ответственны за развитие таких заболеваний, как эндокардиты, кистозный фиброз, пиелонефрит, мочекаменная болезнь. Чтобы их лечить, необходимо разработать методы, направленные на блокирование процесса образования биопленок. И в частности, в лабораториях нашего института проводятся такие исследования.
Не менее важна и другая группа механизмов, направленная на то, чтобы изменить поверхностные структуры патогена и избежать узнавания иммунной системой организма хозяина. Речь идет о различных вариантах антигенной изменчивости, которые реализуются механизмами генной конверсии, а также об утрате основных антигенов, связанной с дифференциальной экспрессией генов.
Для внутриклеточных патогенов, имеющих наиболее высокую степень эволюционной адаптации к организму хозяина, механизм формирования хронических инфекций состоит в модификации клеточного ответа. Это позволяет микробам инактивировать защитные функции макроорганизма и контролировать информационные потоки, направленные на элиминацию возбудителя.
Хламидии и атеросклероз
Итак, мы разрабатываем принципиально новые подходы к лечению хронических инфекций. Такие подходы заключаются, прежде всего, в том, чтобы научиться управлять этими информационными потоками, что даст возможность восстановить естественные механизмы защиты организма хозяина от патогена. Препараты для лечения хронических инфекций должны блокировать те механизмы, которые запускают и поддерживают хронизацию процесса. Выявление механизмов формирования хронических инфекций как раз и позволит выбрать принципиально новые мишени для действия таких препаратов. В отличие от антимикробных, вызывающих гибель бактерий, эти антипатогенные препараты должны обладать способностью снижать или блокировать патогенные свойства, в результате чего иммунная система организма сможет справиться с инфекцией.
В нашей лаборатории изучаются хламидийные инфекции. Патогенными для человека являются два основных вида хламидий: Сh.trachomatis и Ch.pneumoniae. Ch.trachomatis - самый распространенный возбудитель урогенитальных инфекций бактериальной природы. В нашей стране регистрируется ежегодно более 1,5 млн новых случаев заболеваний, но это не отражает истинную картину заболеваемости, так как почти в 80% случаев инфекция протекает бессимптомно, а значит, не выявляется и не лечится, что и приводит к развитию хронического процесса. Хронические урогенитальные хламидиозы имеют очень серьезные последствия: женское и мужское бесплодие, патологии беременности, артрит, рак простаты и шейки матки.
Другим патогенным для человека видом хламидий является Ch.pneumoniae - возбудитель респираторного хламидиоза. С этим возбудителем связывают от 10 до 20% внебольничных пневмоний, а в период эпидемии показатели могут увеличиваться до 25%. Летальность при хламидийных пневмониях составляет почти 10%. Описаны вспышки в изолированных коллективах, случаи внутрисемейной передачи инфекции.
Возбудитель хламидийной пневмонии активно циркулирует среди населения, у 60% людей всего земного шара существуют антитела к этому патогену. Респираторный хламидиоз часто протекает со стертой симптоматикой, нередко происходит повторное заражение и, кроме того, развивается носительство после перенесенного заболевания. Таким образом, половина из нас перенесла респираторную хламидийную инфекцию в детстве и является носителем возбудителя в течение всей своей жизни, даже не подозревая об этом. Хотела бы особенно подчеркнуть, что патогенные для человека хламидии чрезвычайно успешно адаптированы к длительному сосуществованию с организмом хозяина и определяют возможность развития хронических инфекций. По своим свойствам возбудитель уникален: колонизирует, размножается и персистирует в макрофагах, диссеминирует в организме, персистирует в эндотелиальных клетках сосудов и гладких мышечных клетках артерий, выявляется в составе атеросклеротических бляшек.
Атеросклероз, как известно, - хроническое прогрессирующее заболевание сосудов, которое ежегодно уносит в 2 раза больше человеческих жизней, чем рак, и в 10 раз больше, чем все катастрофы, вместе взятые. Сейчас уже существуют убедительные данные, которые позволяют рассматривать хроническое воспаление бактериального характера в качестве основной причины развития атеросклероза. И под особым подозрением среди патогенов оказался возбудитель респираторного хламидиоза. Получены клинические и экспериментальные данные, указывающие на это: результаты эпидемиологических исследований, выделение живого возбудителя или его антигена и ДНК из пораженных тканей коронарных артерий, воспроизведение патологии при заражении животных и клинический эффект при антибактериальном лечении.
Причин, запускающих атеросклероз, очень много. К главным из них традиционно относят наследственность, нарушенный обмен веществ, повышенное артериальное давление, избыточный вес, курение, сахарный диабет и так далее. Но дело в том, что атеросклероз нередко поражает и тех людей, которые всю жизнь пытались избежать подобных факторов риска, то есть традиционные факторы риска могут объяснить не более половины случаев развития ишемической болезни сердца. Это означает, что существуют еще какие-то причины, предрасполагающие к сердечно-сосудистым заболеваниям. Несколько лет назад была выдвинута теория, согласно которой причиной поражения коронарных сосудов является хроническое воспаление, вызываемое бактериями или вирусами.
Поиск «кандидатов» для лекарств
Совершенно понятно, что ключевым доказательством инфекционной природы атеросклеротических поражений сосудов могут быть клинические исследования, демонстрирующие способность антибиотиков предупреждать развитие осложнений атеросклероза. К настоящему времени получены неоднозначные результаты. В первую очередь это связано с различными схемами и длительностью применения антибиотиков в разных исследованиях. Но основная причина в том, что атеросклероз развивается на фоне хронической хламидийной инфекции, а как мы уже говорили, антибиотики неэффективны при такой форме.
Безусловно, у нас есть собственные наблюдения и результаты. Работу мы проводим совместно с Саратовским НИИ кардиологии, Ростовским государственным медицинским университетом и британскими учеными из Кембриджа. Изучая особенности формирования хронической хламидийной инфекции у больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями, мы пришли к выводу, что патоген не только персистирует внутриклеточно, в макрофагах, эндотелиальных клетках: его внеклеточные инфекционные формы выявляются в крови. Это означает, что развивается хламидийная бактериемия, способствующая распространению инфекционного процесса в организме. При обследовании более 300 больных с ишемической болезнью сердца хламидийная бактериемия выявлялась в 55% случаев. Было показано, что персистирующие у больных хламидии имеют измененную структуру клеточной стенки, что дает им возможность уходить от распознавания механизмами как врожденного, так и приобретенного иммунитета и, следовательно, предотвращать естественные механизмы элиминации патогена.
На наш взгляд, новые подходы к лечению хронических инфекций могут быть связаны с выбором новых мишеней для лекарственных препаратов. Для внутриклеточных патогенов такими мишенями являются факторы, блокирующие защиту хозяина. Известно, что основной механизм защиты при внутриклеточной инфекции - это апоптоз. Генетической программой любой клетки предусмотрено, что она самоликвидируется, если внутрь проникла инфекция. Но многие патогенные микроорганизмы научились манипулировать апоптозом в своих интересах. Подавление апоптоза внутриклеточными бактериями делает клетку бессмертной на протяжении всего цикла размножения патогена.
В нашем институте в лабораториях биотехнологии (заведующий Б. Народицкий), микоплазм (И. Раковская) и хламидиозов совместно с Кливлендским медицинским центром (США, профессор А.Гудков) проводятся всесторонние исследования по изучению механизмов подавления апоптоза бактериями. К настоящему времени охарактеризованы основные клеточные мишени для действия антиапоптозных факторов хламидии и микоплазм. Показано, что подавление апоптоза патогенами - основное условие хронизации процесса. Выявленный внутриклеточный путь, на котором патоген «паразитирует» для своего развития, является перспективной мишенью для выбора лечебных препаратов. Именно с этой целью будет применяться современный высокопроизводительный технологический подход - скрининг библиотеки химических соединений. Он позволит проводить первичный поиск веществ - потенциальных «кандидатов» для нового лекарства.
Принципиально важным этапом, предваряющим экспериментальный скрининг химических соединений, является создание тест-систем, позволяющих тестировать активность исследуемых соединений. В настоящее время мы занимаемся разработкой таких тест-систем. Для этого используем клеточные линии, содержащие соответствующие репортерные системы, в сочетании с острой и хронической инфекцией, либо с активными фракциями бактериальных секретируемых факторов и структурными компонентами. Скрининг позволит отбирать химические соединения, блокирующие антиапоптозную активность бактерий, либо инактивировать модулирующее действие патогена на сигнальные клеточные пути.
Идентификация молекулярных механизмов подавления патогенами защитных факторов организма, а также использование существующих высокопроизводительных технологий, безусловно, имеют очень большое значение для медицины. В этом случае мы сможем прогнозировать создание принципиально новых лекарственных препаратов для лечения хронических инфекций. Действие таких препаратов не даст возможность патогену взаимодействовать по тем путям, которые формируются при хронических инфекциях. Сейчас с помощью современных биотехнологий можно модифицировать всю систему поиска лекарственных препаратов по отношению к наиболее актуальной области инфекционной патологии человека.
Записала Татьяна КУЗИВ, корр. «МГ».
Издательский отдел: +7 (495) 608-85-44 Реклама: +7 (495) 608-85-44,
E-mail: mg-podpiska@mail.ru Е-mail rekmedic@mgzt.ru
Отдел информации Справки: 8 (495) 608-86-95
E-mail: inform@mgzt.ru E-mail: mggazeta@mgzt.ru