Российские ученые впервые подробно расшифровали и проанализировали геномы двух ослабленных штаммов Listeria monocytogenes — AUF-2 и AUF-3. Эти бактерии уже много лет используют для вакцинации сельскохозяйственных животных против листериоза. Теперь исследователи выяснили, какие именно генетические особенности отличают их от высокопатогенных вариантов возбудителя. Результаты работы опубликованы в научном журнале Scientific Data.
Главная идея выглядит почти парадоксально: ученые изучают бактерию, которая в обычной форме способна вызывать тяжелую инфекцию, чтобы понять, как превратить ее ослабленную версию в более совершенный инструмент защиты.
Сравнение геномов показало, что у вакцинных штаммов отсутствует ряд генов, связанных с вирулентностью — способностью вызывать заболевание. В частности, бактерии лишились части генетического «арсенала», помогающего переживать агрессивную среду желудочно-кишечного тракта, противостоять неблагоприятным условиям и взаимодействовать с клетками хозяина. Исследователи также обнаружили отсутствие генов, связанных с образованием токсинов и устойчивостью к антибиотикам.
При этом ослабленные штаммы сохранили важные элементы, благодаря которым иммунная система может распознать возбудителя и подготовиться к встрече с ним. Иными словами, бактерия становится чем-то вроде безобидного спарринг-партнера: выглядит достаточно знакомо для иммунитета, но уже не обладает прежней разрушительной мощью.
Бактерия, которой холодильник не указ
Листериоз опасен не только из-за самого возбудителя, но и из-за его необычной живучести. L. monocytogenes способна сохраняться и размножаться при низких температурах, в том числе в холодильнике. Поэтому потенциально опасными могут становиться продукты с длительным сроком хранения, если бактерия попала в них на этапе производства или обработки. ВОЗ ассоциирует с листериозом готовые мясные изделия, некоторые молочные продукты и продукты, которые едят без дополнительной термической обработки.
Инфекция особенно опасна для беременных женщин, новорожденных, пожилых людей и людей с ослабленным иммунитетом. При тяжелом течении она может приводить к сепсису и поражению нервной системы. В животноводстве листериоз также наносит прямой ущерб хозяйствам, а зараженное поголовье становится фактором риска для пищевой индустрии.
Именно поэтому расшифровка геномов вакцинных штаммов важна не только для фундаментальной науки. Понимая, какие участки ДНК отвечают за ослабление бактерии, ученые смогут точнее совершенствовать ветеринарные вакцины — делать их стабильнее, безопаснее и эффективнее.
Исследование также может стать основой для поиска новых подходов к профилактике листериоза у людей из групп риска. Однако речь пока идет о перспективе, а не о готовой «человеческой» вакцине.
Интересная деталь: ранее ученые уже полностью описали геном исходного вакцинного штамма AUF. Его хромосома насчитывает около 2,94 млн пар оснований, а сам штамм содержит более 2800 кодирующих последовательностей. В новой работе исследователи пошли дальше, изучив генетические особенности производных вариантов AUF-2 и AUF-3.
Теперь задача ученых — выяснить, какие именно компоненты ослабленных бактерий запускают защитный иммунный ответ. Если этот механизм удастся разобрать до деталей, у ветеринарной медицины появится возможность перейти от многолетней практики использования вакцинных штаммов к более точному конструированию препаратов. А у опасной бактерии, возможно, появится новая роль: не врага, а своеобразного «инструктора» для иммунной системы.
Полученные результаты помогают лучше понять механизмы, из-за которых болезнетворные бактерии становятся «защитниками» и создают основу для дальнейшего совершенствования ветеринарных вакцин против листериоза. Исследование также важно для оценки безопасности существующих живых вакцин и разработки новых подходов к профилактике инфекций у сельскохозяйственных животных. В будущем мы планируем выяснить, какие именно субстанции ослабленных бактерий участвуют в выработке иммунитета у иммунизированных животных и как это происходит. Вполне вероятно, что, в случае удачи, мы сможем использовать наши знания для разработки вакцины нового поколения — эффективной, безопасной и удобной для применения в секторе животноводства. А, может быть, сможем научить иммунитет животных защищаться самостоятельно от этого опасного патогена. Ясно одно — полученные нами результаты важны для улучшения контроля заболеваемости листериозом, что, в конечном счете, важно для продовольственной безопасности нашей страны в целом.
О том, как раковые клетки ученые по тому же принципу сделали «инструкторами» иммунной системы, мы рассказали здесь.