В ходе исследований на эмбрионах лягушек исследователи из Гарвардского университета в США обнаружили препараты, дающие устойчивость к инфекционным патогенам и потенциально пригодные для лечения людей. Об этом сообщает портал SciTechDaily. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Почему одни люди часто заражаются вирусами и бактериями, а другие практически всегда остаются здоровыми, даже контактируя с больными? Во время эпидемии COVID-19 подобные вопросы встали на первое место в умах многих людей. Новое исследование ученых может приблизить к верному ответу на эти вопросы.
Исследователи из Института биологической инженерии Wyss Гарвардского университета определили препараты, которые могут поддерживать жизнь развивающихся головастиков лягушки Xenopus laevis даже в присутствии смертельных бактерий, а также открыли генетические и биологические механизмы, повышающие устойчивость к болезням, способность клеток и тканей сопротивляться повреждению в присутствии вторгшихся патогенов.
Поскольку многие из тех же процессов существуют и у млекопитающих, возможно, что методы формирования устойчивости к патогенам со временем можно будет использовать для лечения инфекций у людей и одомашненных животных.
«Стандартный подход к лечению инфекций за последние 75 лет заключался в том, чтобы сосредоточиться на уничтожении возбудителя, но чрезмерное использование антибиотиков в животноводстве и у людей привело к появлению устойчивых к антибиотикам бактерий, с которыми нам приходится сталкиваться все труднее и труднее. убийство. Наше исследование показало, что сосредоточение внимания на изменении реакции носителя на патоген, а не на уничтожении самого патогена, может стать более эффективным способом предотвращения смерти и болезней», – отметила Меган Сперри, научный сотрудник Wyss.
Согласно биологическим исследованиям устойчивости к болезням, активация стрессовых реакций, которые часто вызываются низким уровнем кислорода (гипоксией), тесно связана с переносимостью болезней. Эти клеточные реакции влияют на подвижность ионов металлов, которые необходимы для выживания бактерий, и перепрограммируют Т-клетки, что уменьшает степень воспаления, которое они вызывают.
Сперри и ее научная группа решили использовать комбинацию вычислительных методов и лабораторных экспериментов, чтобы выявить гены и молекулярные пути, контролирующие состояние устойчивости к инфекциям у лягушек Xenopus, а затем найти вещества, которые активируют этот механизм.
Эмбрионы лягушек Xenopus исследователи применили потому, что их легко выращивать и анализировать в больших количествах. Также ученым было известно, что эти эмбрионы проявляют естественную устойчивость к воздействиям определенных типов бактерий.
Исследователи подвергли эмбрионы воздействию шести различных видов патогенных бактерий, а затем проанализировали паттерны экспрессии генов животных после заражения. Эмбрионы, столкнувшиеся с более агрессивными видами Aeromonas hydrophila и Pseudomonas aeruginosa, продемонстрировали видимые изменения в своем физическом развитии через 52 часа после заражения и широко распространенные модификации их паттернов экспрессии генов через день после заражения, в целом отражающие физиологические реакции животных на патогены.
Остальные четыре вида не вызвали явно видимых изменений в эмбрионах. Но генетический анализ показал обратное: два из них (виды Acinetobacter baumanii и Klebsiella pneumoniae) вызывали значительные изменения в наборе из 20 генов. Эти факторы явно сочетались с положительным влиянием на здоровье развивающихся лягушек.
Один конкретный ген, HNF4A, сильно активировался у показавших устойчивость эмбрионов и был связан с несколькими генами, участвующими в транспортировке ионов металлов и повышении доступности кислорода. HNF4A также помогает поддерживать циркадный ритм, и ученые обнаружили, что переключение светового цикла эмбрионов повышает устойчивость к инфекции A. hydrophila.
Вооружившись этими многообещающими результатами, научная группа Сперри затем проверила более 30 фармацевтических препаратов, которые влияют на перенос ионов металлов или гипоксию, путем введения их эмбрионам Xenopus, инфицированным A. hydrophila. Три таких препарата значительно увеличили выживаемость эмбрионов, несмотря на присутствие патогена, который должен был их убить: дефероксамин (связывается с ионами железа и алюминия), L-мимозин (связывается с железом и цинком) и гидралазин (связывается с ионами металлов, а также расширяет кровеносные сосуды).
Исследователи предположили, что эти препараты для удаления металлов стабилизируют биологический белок HIF-1, который регулирует реакцию клеток на гипоксию и может участвовать в снижении повреждения тканей и повышении устойчивости к заболеваниям.
В итоге ученые ввели эмбрионам препарат под названием 1,4-DPCA, который усиливает активность HIF-1. Этот препарат увеличил выживаемость эмбрионов Xenopus более чем на 80% в присутствии смертоносных бактерий, подтверждая, что HIF-1 действительно играет ключевую роль в устойчивости к инфекциям.
Однако исследователи предупреждают, что препараты, вызывающие повышение устойчивости, не являются панацеей от инфекций. Они никогда полностью не удалят вредный патоген из организма, что может иметь долгосрочные последствия для здоровья. При этом люди с устойчивыми инфекциями низкой степени тяжести могут распространять возбудитель среди других, более восприимчивых.
Таким образом, по мнению ученых, препараты, повышающие устойчивость к инфекциям, лучше всего использовать в сочетании с другими мерами, такими как вакцины, или в отдельных чрезвычайных ситуациях, таких как защита врачей и медсестер, которые реагируют на вспышку смертельного патогена.