Легионеллы

Legionella sp. под ультрафиолетовым излучением

Летом 1976 года в Филадельфии заседал ежегодный съезд Американского легиона, объединяющий ветеранов войны. И вдруг ни с того ни с сего постояльцев гостиницы — легионеров стал валить с ног тяжелый недуг, схожий с воспалением легких. Однако его возбудитель, пневмококк, как довольно скоро выяснилось, был тут ни при чем. К обычным признакам пневмонии здесь добавлялись резкие головные и мышечные боли, расстройство кишечника.

Вспышка болезни поразила в филадельфийской гостинице и в прилегающих к ней городских кварталах двести двадцать человек. Тридцать четыре из них скончались.

Кто же виновник загадочной болезни? Среди известных науке микробов, вызывающих заразные болезни, его обнаружить не удалось. Он был уличен лишь после упорных многомесячных поисков. Микробиологи трудились, как сыщики, преследующие по пятам ускользающего преступника. Чтобы выявить возбудителя, вывести его, что называется, на чистую воду, надо принудить его размножаться. Перебрали многие лакомые для микроорганизмов питательные смеси. Тщетно. Наконец удалось подобрать какую-то особенную среду — на дрожжевой основе, со многими добавками. Ввели в смесь срез хранившейся в лаборатории легочной ткани человека, умершего во время филадельфийской вспышки. И объявилась бактерия, науке неизвестная. Теперь оставалось только сравнить сыворотки больного и здорового человека, чтобы сказать без колебаний: она!

Легионеллы и клетки

В 1978 году в Атланте состоялся научный симпозиум, посвященный новой болезни, которую с легкой руки журналистов успели назвать болезнью легионеров. На симпозиуме возбудительнице недуга дали звучное женское имя — легионелла. А болезнь, ею вызываемая, получила научное название — легионеллез. В обиходе же так и осталось — болезнь легионеров.

Микробиологи дознались, что легионелла не одинока. Это целое семейство микроорганизмов. О нем теперь известно, что к нему относится три десятка видов, родичей той бактерии, что обрела известность в 1976 году.

Но почему легионелла прежде не причиняла людям беспокойства?

Легионелла принадлежит к типичным термофилам. Термофилы (теплолюбы) широко распространены среди микроорганизмов. Некоторые бактерии способны жить и размножаться в горячих источниках, где температура воды доходит до 90 градусов Цельсия, а иногда и немного повыше.

Жила себе легионелла в горячих источниках, близ действующих вулканов, в гейзерах, никого не беспокоила. А в середине нашего века дала о себе знать. Еще до съезда легионеров была вспышка в Испании. Однако тогда уличить легионеллу не удалось. Думали, что это какая-то форма пневмонии либо гриппа. Теперь-то уж разобрались. Помимо собственно болезни легионеров бактерии из семейства легионелл вызывают еще одно заболевание — респираторную лихорадку. Она менее опасна, чем болезнь легионеров, от которой умирают до 40 процентов заболевших.

Болезнь легионеров чаще поражает лиц среднего и пожилого возраста. Пристрастие к курению и выпивке увеличивает риск заболевания. И почему-то женщин среди переболевших в три раза меньше, нежели мужчин...

Болезнь легионеров объявилась с 1980 года и в странах бывшего СССР. Микробиологи и врачи следят за коварной бактерией. Выявляется эта болезнь преимущественно в экономически развитых странах мира, таких как США, Великобритания, Швеция, Германия. Здесь все большее распространение» получают аэрозоли. Это мелкие частицы твердых тел либо капли жидкости, взвешенные в воздухе.

Аэрозоли в природе — туман, пыль. Аэрозоли, создаваемые человеком, образуются в системах охлаждения, утепления, увлажнения, очистки воздуха. В теплых аэрозольных капельках подобных установок скапливаются легионеллы.

Союзником для этой бактерии служат сине-зеленые водоросли, вызывающие буйное цветение воды в жаркое время года. Возможно, что легионеллы до поры до времени обитали только в горячих источниках вдали от человека (у животных эти бактерии не обнаружены) и потому он их не замечал? А теперь бактерия задает задачи не только микробиологам, но также инженерам. Быть может, надо переделать в гостиницах, в больницах, на заводах системы кондиционирования, охлаждения, исключив образование аэрозолей, которые так любит бактерия, наделенная звучным женским именем?.

Мембранный комплекс Dot-Icm за работой

Исследователи из Калифорнийского технологического института опубликовали трехмерную структуру мембранного белкового комплекса бактерии Legionella pneumophila, который участвует в транспорте наружу токсинов и генов устойчивости к антибиотикам. Структура такого комплекса была впервые разрешена in situ, то есть непосредственно в мембране бактерии.

Легионелла, которая послужила модельным объектом в данном исследовании, является патогенной бактерией и вызывает тяжелую разновидность воспаления легких (легионеллез, или болезнь легионеров). Она живет в клетках иммунной системы, и для того, чтобы успешно паразитировать, выделяет внутрь хозяйской клетки около трехсот различных белковых молекул. Для этого легионелла использует комплекс Dot/Icm, являющийся разновидностью системы секреции IVB подтипа.

В отсутствие комплекса бактерия перестает быть патогенной. Возможно, ингибиторы систем секреции были бы перспективным классом антибиотиков, предотвращая выброс бактериями факторов вирулентности и обмен генами устойчивости к антибиотикам, но для их эффективной разработки недостаточно данных о механизме работы этих систем и их структуре.

В 2014 году в журнале Nature была опубликована реконструированная из отдельных белков структура подобного комплекса кишечной палочки, но в новой статье исследователям из Калтеха удалось исследовать секреторный аппарат непосредственно в мембране бактерии. Для этого авторы воспользовались методом электронной криотомографии. Множество двумерных снимков мембран замороженных бактерий, полученных с использованием электронной микроскопии, объединили при помощи программного обеспечения.

В результате обработки изображений 386 частиц получилась усредненная томограмма комплекса, разрешение которой авторы оценили как 2,5-4,5 нанометра. Такое разрешение вполне позволяет оценить общую структуру комплекса и его расположение в мембране. Чтобы убедиться, что разрешен именно комплекс Dot/Icm, ученые сравнили снимки «диких» бактерий и лишенных комплекса, в мембране которых подобных структур не наблюдалось.

Полученную в работе трехмерную модель секреторного аппарата легионеллы авторы работы сравнили с недавно опубликованной моделью комплекса cag другой патогенной бактерии Helicobacter pylori, который принадлежит к подтипу IVA (эта модель была построена на основе реконструированного комплекса, т.е. in vitro).

Несмотря на отсутствие сходства в последовательностях ДНК, кодирующих субъединицы комплексов, они оказались довольно похожи по трехмерной структуре. Общность механизмов, определяющих патогенность у различных бактерий, означает, что их, вероятно, можно универсальным способом заблокировать. Среди существующих классов антибиотиков пока нет препаратов, подавляющих секреторный аппарат бактерий, хотя в поисках новых способов борьбы с ними ученые взялись даже за кленовый сироп.