金黄色葡萄球菌在感染期间躲避逮捕的阴险方式

研究人员发现了金黄色葡萄球菌逃避免疫系统的新方法

在约 1,450 种人类病原体中,只有少数几种能够迅速致病并致死。虽然大多数病原体是罕见的,美国人很少接触到,例如埃博拉病毒和鼠疫杆菌,但其中一种却在美国普遍存在,更重要的是,存在于高达三分之一的美国居民身上。它就是金黄色葡萄球菌——通常被称为葡萄球菌。

通常情况下,葡萄球菌是我们微生物群落中的常见成员。我们的身体可以与之安全共存,因为它不会立即构成威胁。然而,如果细菌能够侵入组织和血液,就可能引发问题。这些问题包括痤疮、乳腺炎、脓疱病,以及被称为中毒性休克综合征和败血症的危及生命的疾病。使情况更糟的是其潜在的抗生素耐药性,这会阻碍治疗并增加不良后果的可能性。

多年来,研究人员一直在研究葡萄球菌是如何引起感染的。这种细菌拥有多种机制来伤害人体。其中大多数化学物质会迅速产生,并对我们身体的功能产生严重影响。

这种细菌似乎还具有逃避免疫系统的能力。这会阻碍身体阻止细菌扩散和加重疾病的能力。其中大多数似乎涉及阻止免疫细胞攻击和杀死细菌的能力。然而,其中一种机制涉及对我们最强大的防御力量——抗体——的保护。

细菌究竟是如何完成这项任务的,目前还没有完全弄清楚。但现在,在一位美国研究团队的帮助下,答案可能近在眼前。他们发现了细菌如何抵御抗体,并阻止免疫系统的这一分支发挥作用。答案在于这种病原体能够阻止产生抗体的 B 细胞发挥作用。

b lymphocytes
来源:维基百科

该团队与葡萄球菌以及同属的另一种细菌表皮葡萄球菌(也可能称为表皮菌)进行了合作。这种细菌是一个很好的对照,因为它也是我们体内正常的微生物群落成员,通常无害。这使得研究人员能够识别两者在免疫反应方面的任何差异。

过程相对简单。该团队从个体那里采集血液样本用于实验室测试。在实验室中,使用葡萄球菌或表皮菌来“感染”血液。然后检查这两种细菌对免疫功能的影响。研究人员希望葡萄球菌能以某种方式与表皮菌产生不同的反应,从而揭示其逃避机制。

当结果出来时,研究人员发现这两种细菌之间存在着极其显著的差异。表皮菌似乎很容易被控制,因为它与 B 细胞紧密结合。相比之下,葡萄球菌似乎在血液中自由漂浮,不受任何被捕获的担忧。本质上,表皮菌被迅速逮捕并监禁,而葡萄球菌则继续逍遥法外。

对研究人员来说,这一发现表明葡萄球菌正在产生某种东西,使其能够保持自由。为了找到它,进行了一系列突变实验,以找到负责此活动的单个基因。通过结合使用紫外线和基因突变,他们最终找到了罪魁祸首。但来源并非单个基因或蛋白质,而是一个完整的系统。

罪魁祸首系统是一组基因,称为金黄色葡萄球菌外毒素表达(简称为 SaeR/S)。这并不令人意外,因为这个集合产生了成功逃避免疫所需的蛋白质。但对于这项研究,研究人员希望更深入地研究该系统,以找出该系统中产生的哪些分子参与其中。

作者首先找到了攻击目标。这是一种称为补体受体 2(或 CR2)的蛋白质。该分子存在于 B 细胞上,对于抗体在免疫防御中的正常发挥至关重要。该分子可以轻松地将表皮菌与 B 细胞结合并形成抗体。另一方面,葡萄球菌可以阻止 CR2 正常发挥作用。

这一线索将矛头指向一种特定的葡萄球菌分子:细胞外纤维蛋白原结合蛋白。早在 2008 年,就已证明该分子能够抑制 CR2 的正常功能。根据之前所有实验的证据,这种单一的分子似乎是有效逃避的原因。

这一发现揭示了葡萄球菌很可能是最擅长造成感染的病原体之一。这些结果也为通过治疗寻找阻断逃避机制的方法提供了机会。虽然目前还没有这样的药物存在,但现在已经为寻找潜在候选药物打开了大门。反过来,这可能有助于降低那些不幸遭受这种相当常见但有时又极其凶猛的细菌侵袭的人们受伤和死亡的风险。

 

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自青少年时期起,Jason Tetro就把实验室视为他的第二个家。他在微生物学和免疫学方面的经验使他涉足多个领域,包括血液传播、食品和水病原体;环境微生物学;消毒和防腐;以及SARS、禽流感和寨卡病毒等新兴病原体。他目前是圭尔夫大学的访问科学家。在公众中,Jason更广为人知的名字是“The Germ Guy”(细菌 guy),他经常在媒体上以其有时非传统的视角解读科学。Jason著有两本书:《The Germ Code》(2014年入围年度科学图书奖)和《The Germ Files》(曾连续几周登上全国畅销书榜)。他还合编了《The Human Microbiome Handbook》(人类微生物组手册),该书从学术角度探讨了微生物对人类健康的影响。他住在多伦多。

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