Сальмонеллы на орбите: Невесомая болезнь
О самом эксперименте мы сообщали в заметке «Орбитальный сальмонеллез». Но ответить на вопрос, отчего вирулентность (то есть, способность микроорганизмов заражать «хозяина») бактерий, побывавших в космосе, возрастает в разы, крайне важно не только для подготовки будущих длительных пилотируемых миссий. Это позволит улучшить наши знания о жизни опасных микробов и, возможно, создать новые средства борьбы с ними.
Исследование, проведенное группой ученых во главе с Черил Никерсон (Cheryl Nickerson), позволяет объяснить загадочно возросшую вирулентность палочек сальмонелл, побывавших в космосе. Ученые также уверены, что знают способ снова их «утихомирить», вернув к обычному состоянию. «Мы считаем, — говорит Никерсон, — что космический полет повлиял на бактерии таким образом, что они сочли, что уже находятся внутри человеческого кишечника». И судя по всему, это связано с изменениями в поведении жидкостей, которые происходят в условиях микрогравитации.
Рецепторы на поверхности палочек сальмонелл позволяют им «ощущать» движение жидкой среды, в которой они находятся. Эта информация служит бактериям сигналом, позволяющим распознавать, в какой именно части человеческого тела они оказались. Как правило, сальмонеллы попадают в организм с пищей и движутся с ней от ротовой полости через пищевод и желудок в кишечник. Здесь густая смесь полупереваренной пищи, обильно смешанная с веществами, служащими ее усвоению, на некоторое время задерживается и перемешивается.
Здесь же сальмонелла начинает действовать. Как только бактерия приблизится к стенке кишечника, она укрывается в небольших промежутках между микроворсинками, которые покрывают внутреннюю поверхность кишечника. Здесь палочка достаточно надежно защищена от течения жидкостей и пищи, так что рецепторы на ее поверхности говорят ей, что движение существенно ослабло. Теперь клетка может внедриться в стенку кишечника и сквозь нее проникнуть в кровоток, в конечном итоге приводя к развитию болезни.
Таким образом, внезапно ослабшие токи жидкости служат сигналом для рецепторов, которые, в свою очередь, передают команду на гены, необходимые для запуска необходимых механизмов заражения. А согласно результатам компьютерного моделирования, проведенного Черил Никерсон и ее коллегами, именно такое резкое ослабление токов жидкой среды испытывают бактерии на орбите, в условиях микрогравитации.
Ученые изучили сальмонелл, побывавших в космосе в сентябре 2006 г. и марте 2008 г. Они показали, что у них изменена (в ту или иную сторону) активность аж 167-ми генов, в сравнении с контрольными микробами, оставшимися на Земле. Удалось даже обнаружить «главный выключатель», который регулирует активность примерно трети из этого числа генов. Это белок Hfq, причем показано, что его активность изменяется в зависимости от интенсивности движения жидкой среды, в которой живет бактерия.
В итоге исследование дало в наши руки массу полезной информации: мы знаем, какие гены ответственны за повышение вирулентности сальмонеллы, какой белок их «включает». Теперь, естественно, можно перейти к следующему шагу: научиться использовать эту информацию для обезвреживания микробов — например, для создания нового поколения вакцин или лечебных процедур.
И один весьма многообещающий путь Черил Никерсон и ее команда уже исследуют. Оказалось, что если добавить в питательную среду повышенные количества 5-ти ионов (калия, магния, хлорида, сульфата и фосфата), вирулентность «космических сальмонелл» снова возвращается к норме. Они становятся не более опасны, чем обычные палочки.
Судя по всему, множество из генов, которые активировались в результате орбитального полета, участвуют в транспорте этих ионов внутрь или наружу клетки. Хотя как именно изменение концентрации ионов ведет к изменению вирулентности, пока непонятно.
По сообщению NASA