Распространенная бактерия полости рта и дыхательных путей может помогать иммунным клеткам эффективнее справляться с одним из основных возбудителей бактериальной пневмонии. В экспериментах на мышах предварительное воздействие Prevotella melaninogenica изменяло работу защитных клеток и улучшало уничтожение пневмококка. Как микроорганизмы дыхательных путей взаимодействуют с иммунитетом и что это может означать для будущей профилактики инфекций, — в материале «Известий».

Пневмония развивается при инфекционном поражении легких. Воспаление затрагивает альвеолы — небольшие воздушные мешочки, через которые происходит газообмен. Они могут заполняться жидкостью или гноем, а заболевание сопровождаться кашлем, повышенной температурой и затрудненным дыханием. Причиной бывают бактерии, вирусы и грибы; тяжесть зависит от возбудителя, возраста и общего состояния здоровья.

Один из основных бактериальных возбудителей — Streptococcus pneumoniae, или пневмококк. Однако контакт с ним не всегда заканчивается тяжелой инфекцией. Исследователи пытаются выяснить, какие особенности местной защиты помогают организму справляться с бактерией.

В новой работе внимание сосредоточили на микробиоме дыхательных путей — сообществе обитающих там микроорганизмов. Ученые изучили, может ли воздействие одного из обычных представителей этого сообщества менять последующий ответ на возбудителя пневмонии.

«Наши легкие постоянно сталкиваются с бактериями из полости рта и верхних дыхательных путей, и эти контакты действительно могут помогать обучать иммунную систему», — заявила старший автор исследования, доцент медицинской школы Университета Колорадо Аншутц Сара Кларк.

Под «обучением» в данном случае подразумевается изменение работы иммунных клеток после контакта с микроорганизмом. Оно может влиять на то, насколько эффективно эти клетки будут отвечать на последующую инфекцию.

Prevotella — один из распространенных родов бактерий, встречающихся в здоровой полости рта и дыхательных путях. В исследовании использовали конкретный вид — Prevotella melaninogenica.

Сочетание двух признаков еще не показывает, что один вызывает другой. Состав микробиома мог быть связан с другими особенностями организма или течения болезни. Чтобы проверить возможное действие бактерии, понадобился эксперимент, в котором ее воздействие предшествовало заражению.

Ученые поставили вопрос о том, способна ли P. melaninogenica изменить состояние иммунных клеток легких так, чтобы они лучше справлялись с пневмококком.

Исследователи сначала подвергали мышей воздействию P. melaninogenica, а затем заражали их S. pneumoniae. После этого оценивали количество возбудителя в легких и изменения в работе иммунных клеток.

У животных, предварительно контактировавших с Prevotella, количество пневмококка в легких было существенно ниже. Иммунные клетки эффективнее поглощали и уничтожали бактерии.

Такой результат важен для понимания механизма защиты: исследователи обнаружили одновременно изменения в поведении клеток и улучшение удаления возбудителя из легких. Эффект касался ответа на последующую инфекцию, а не только реакции на первоначальный контакт с Prevotella.

При этом опыт проводили на мышах. Он показывает возможность такого взаимодействия в экспериментальной модели, но не устанавливает, что аналогичное воздействие предотвратит пневмонию у человека.

Особое внимание ученые уделили нейтрофилам и макрофагам. Эти клетки участвуют в защите от инфекции и способны поглощать микроорганизмы. Такой процесс называется фагоцитозом: клетка захватывает бактерию, после чего включаются механизмы ее уничтожения.

После воздействия Prevotella нейтрофилы и макрофаги мышей лучше справлялись с пневмококком. Менялась не только численность защитных клеток, но и их функциональное состояние — то, как они выполняли свою работу.

«Иммунных клеток было больше, и они вели себя иначе. Их функции были перепрограммированы так, чтобы они лучше удаляли бактерии», — пояснила Кларк.

В этом контексте «перепрограммирование» означает смену активности клеток и задействованных в них биологических процессов. Для оценки защиты важно не только количество клеток в легких, но и их способность распознавать, поглощать и уничтожать возбудителя.

Именно сочетание этих изменений помогает объяснить, почему предварительный контакт с одной бактерией мог улучшить ответ на другую.

Чтобы увидеть изменения подробнее, исследователи использовали секвенирование РНК отдельных клеток. Этот метод позволяет определить, какие гены проявляют активность в каждой изучаемой клетке, по присутствующим в ней молекулам РНК.

Активность генов связана с тем, какие белки и сигнальные механизмы использует клетка. Поэтому анализ помогает сравнивать ее состояния: например, какие процессы усиливаются после контакта с бактерией и какие различия возникают при инфекции.

Исследование отдельных клеток особенно полезно для такого сравнения. В легких одновременно присутствуют разные клеточные типы, и их ответ может различаться. Общий анализ ткани способен объединить эти изменения, тогда как изучение клеток по отдельности позволяет точнее определить, где они происходят.

Ученые проанализировали тысячи клеток легких и обнаружили, что воздействие Prevotella меняло состояние нескольких типов иммунных клеток, участвующих в борьбе с инфекцией. Эти данные дополнили результаты оценки уничтожения пневмококка.

Результаты поддерживают представление о том, что обычные микроорганизмы дыхательных путей могут участвовать в регулировании местного иммунного ответа. Их роль не ограничивается присутствием рядом с клетками организма: контакт с ними способен менять работу защитных механизмов.

В данном опыте одна бактерия влияла на то, как иммунные клетки отвечали на другой микроорганизм. Такая связь дает возможное биологическое объяснение клиническим наблюдениям, в которых особенности дыхательного микробиома сочетались с более благоприятным течением болезни.

Однако результаты не позволяют разделить все бактерии дыхательных путей на однозначно полезные и вредные. Исследование посвящено конкретному виду Prevotella, определенному возбудителю и заданным условиям эксперимента.

Из него также не следует, что увеличение общего количества бактерий в дыхательных путях улучшит защиту. Для дальнейшей работы важно установить, какие именно взаимодействия помогают иммунным клеткам, при каких условиях они возникают и насколько безопасно ими управлять.

Исследователей интересует возможность использовать естественное взаимодействие микробиома и иммунной системы для предупреждения респираторных инфекций. Если удастся определить, каким образом бактерии меняют ответ защитных клеток, это может указать на новые подходы к профилактике.

Перспектива связана прежде всего с пониманием механизма. Необходимо выяснить, какие сигналы запускают полезные изменения, как долго сохраняется эффект и можно ли безопасно воспроизвести его у людей. Важен и вопрос о том, будет ли такая защита работать против других возбудителей. На основании опыта с мышами пока нельзя определить эффективную схему профилактики для человека. Для этого нужны дальнейшие исследования, а затем клиническая оценка безопасности и результата.

При этом уже существующие меры профилактики имеют самостоятельную доказательную основу. По информации Центров по контролю и профилактике заболеваний США (CDC), вакцинация может предотвращать инфекции, вызванные некоторыми возбудителями пневмонии. Снижению риска также способствуют гигиена, отказ от курения и контроль хронических заболеваний.