Екатерина Умнякова - Как работает иммунитет [litres]

Жизненный цикл бактериофага

Кроме того, бактерии обладают системой редактирования генома CRISPR-Cas9. Их ДНК состоят из коротких палиндромных повторяющихся нуклеотидов, которые расположены группами. Они отделены друг от друга спейсерами – участками ДНК-вирусов, с которыми бактерия уже сталкивалась. Эти участки ДНК остаются после того, как вирус заражает клетку, поскольку вирусные ДНК обязательно должны встраиваться в цепочку ДНК хозяина для размножения. После того, как вирусный код «считался» с ДНК и в форме РНК отправился дальше на рибосому, белок Cas9 «узнает» вирусные последовательности и удаляет их, препятствуя синтезу вирусных продуктов. Ученые обратили внимание на механизм работы белка Cas9 и начали использовать его в том числе и в генной терапии, удаляя поврежденные гены. CRISPR-Cas9 также применяют для редактирования генома клеток, зараженных ВИЧ. Группа исследователей во главе с доктором Вэньхуэй Ху из Медицинской школы Льюиса Каца Университета Темпл (Филадельфия, США) показала на трех моделях in vivo, что при использовании системы CRISPR-Cas9 удается значительно сократить размножение вирусных частиц ВИЧ в лимфоцитах.

Бактериофаги заражают бактерию

Бактерии вынуждены бороться друг с другом за экологические ниши. Для этого они производят антимикробные вещества. Конкуренция стимулирует появление новых антибиотиков – молекул, с помощью которых можно эффективно уничтожать соперников. Чем совершеннее антибиотик, тем выше эволюционное преимущество бактерии. Кстати, в 1940-х годах из почвенных бактерий микробиолог и биохимик Зельман Ваксман с коллегами впервые получили антибиотики актиномицин и стрептомицин. Сегодня многие антибиотические препараты содержат цитотоксические вещества, основой для которых стали выделенные из бактерий антимикробные молекулы небелковой природы. Кроме них бактерии производят короткие белковые молекулы – антимикробные пептиды или бактериоцины. Поскольку эти вещества способны убивать бактериальные клетки, они в перспективе могут стать основой для новых видов антибиотиков.

Ученые рассматривают бактериофаги как средство, с помощью которого можно было бы бороться с болезнетворными бактериями. Это актуально для случаев заболевания, когда лечение антибиотиками невозможно. Например, при аллергиях. Бактериофаги поражают очень ограниченный круг мишеней, и, если их использовать как лекарства против конкретных бактерий, они не нанесут вред другим клеткам организма. Препараты на основе бактериофагов уже существуют и продаются в России и Грузии, однако пока они не доказали свою эффективность. Американская ассоциация FDA еще не одобрила их для терапии.

Другое, гораздо более популярное использование бактериофагов, это дезинфекция помещений и уничтожение устойчивых к антибиотикам штаммов. FDA одобрило использование бактериофагов в качестве консервантов для предотвращения заражения продуктов питания опасными бактериями родов Listeria, Shigella, Salmonella, которые часто селятся в мясных и молочных продуктах и вызывают серьезные пищевые отравления.

Бактериоцин низин используется в качестве консерванта при производстве мясных продуктов, сыров, напитков и других продуктов питания. Его синтезирует бактерия Lactococcus lactis. Этот пептид подавляет рост грамположительных патогенных бактерий. Низин зарегистрирован как пищевая добавка номер E234. Некоторые исследователи полагают, что низин может быть терапевтическим агентом, пригодным для лечения инфекций.

Грибы – это гетеротрофные организмы, которые сами не могут производить питательные вещества. О противоборстве грибов и бактерий известно уже довольно давно. Эти организмы заселяют сходные экологические ниши, соперничая друг с другом за ресурсы. Как раз наблюдение за такого рода противостоянием принесло человечеству пенициллин. Грибы производят самые разные противомикробные вещества, например, лактат, ацетальдегид, некоторые спирты и те вещества, которые не позволяют жить бактериям там, где уже поселился гриб.

Ферментация продуктов питания, которая происходит при участии плесневых грибов, приводит не только к накоплению в них соединений, которые препятствуют развитию бактерий. Этот процесс связан с появлением аромата и особенной вкусовой палитры, которую приобретают продукты (сыр, мясо и другие). Такая еда дольше сохраняется, она при соблюдении всех правил и стандартов приготовления безопасна для человека и ее можно употреблять в пищу.

Помимо этих веществ, грибы производят ферменты, расщепляющие чужеродные ДНК и РНК; протеиназы, разрушающие белки; антимикробные пептиды – короткие белковые молекулы, способные убивать бактериальные клетки. Выяснилось, что грибы обладают рецепторами, которые могут распознавать угрозу и реагировать на нее соответствующим образом, запуская иммунный ответ.

Вопросов, связанных с защитой грибов от потенциальных угроз, намного больше, чем ответов. Например, до сих пор не понятно, как грибы, вступая в симбиоз, не погибают от тесного контакта с водорослями в составе лишайников. Как они сосуществуют с другими организмами и за счет чего могут противостоять внешним угрозам? Ответ на этот и многие другие вопросы ученым еще предстоит найти.

О защитных механизмах этих микроскопических организмов известно не очень много. Больше наука знает о том, какие инфекции вызываются простейшими, многие из которых ведут паразитический образ жизни.

Например, дизентерийная амеба Entamoeba histolytica вызывает амебиаз – тяжелую кишечную инфекцию, сопровождающуюся сильнейшим воспалением тканей толстого кишечника, формированием язв. Эта амеба внедряется в ткани кишечника и разрушает клетки, серьезно их поражая. Дело в том, что эти простейшие способны синтезировать молекулы, которые являются чрезвычайно токсичными не только для клеток кишечника, но и для бактерий. Речь об амебопорах. Эти пептиды создают поры в мембранах других клеток. Подобным образом функционируют натуральные киллеры (NK-клетки) и Т-киллеры – они вырабатывают гранулизины (NK-лизины), эволюционно родственные по отношению к амебопорам. С помощью гранулизинов и происходит уничтожение клеток-мишеней.

Строение и разнообразие лишайников