Odporność: w jaki sposób komórki rozróżniają intruzów powodujących choroby od tych nieszkodliwych?

Specyficzne mechanizmy, dzięki którym ludzie i zwierzęta są w stanie odróżnić mikroby niebezpieczne od tych nieszkodliwych, aby szybko odpowiedzieć na potencjalną infekcję, przez długi czas pozostawały tajemnicą dla naukowców. Ale teraz, badanie przeprowadzone na nicieniach pozwoliło odkryć niektóre bardzo ważne elementy, które ostatecznie rozwiązują tę kwestię. Badanie zostało przeprowadzone przez naukowców z uniwersytetu University of California w San Diego, a opublikował je przegląd medyczny Cell Host & Microbe w swojej wersji online.

A dokładniej mówiąc, amerykańscy naukowcy odkryli, że komórki jelitowe u nicieni – powszechnie w tego typu badaniach używanych nicieni z gatunku C.elegans, ponieważ są one strukturalnie bardzo podobne do ludzi – internalizują bakteryjne toksyny, które dezaktywują wiele procesów zachodzących w organizmie gospodarza.

A to wyzwala odpowiedź odpornościową, co skutkuje natychmiastowym atakiem układu odpornościowego na niebezpiecznego mikroba.

Ludzkie jelita są wyłożone wręcz miliardami bakterii, z których większość jest dla nas nieszkodliwa, a nawet korzystna, wyjaśnia profesor biologii Emily Troemel, z University of California w San Diego, która kierowała tym badaniem. Aczkolwiek, czasami niektóre mikroby mogą spowodować chorobę, taką jak ta, do której dochodzi w wyniku zatrucia pokarmowego.

Badanie amerykańskich naukowców, oraz dwa inne, zostało\y opublikowane w naukowych przeglądach Cell oraz Cell Host & Microbe. Dwa pozostałe badania zostały przeprowadzone przez naukowców, którymi kierowali Frederick Ausubel ze szpitala Massachusetts General Hospital i Gary Ruvkun ze szkoły medycznej Harvard Medical School.

Prace te pokazują, że sposób, w jaki komórki zwierzęce wykrywają atak trucizny albo bakterii powodującej chorobę, to monitorowanie funkcjonowania własnych komórek. Jeżeli komórki te wykrywają zaburzenia w funkcjonowaniu, wtedy wyzwalają całą serię antybakteryjnych albo antytoksycznych odpowiedzi przeciwko intruzom.

Nicienie udowodniły już dawno, że są idealnym modelem laboratoryjnym do tego typu badań. Nie tylko dlatego, że ich komórki jelitowe  są podobne w swojej strukturze do komórek jelitowych u ludzi, ale także dlatego, że są one transparentne i łatwe do utrzymywania w laboratorium.

Nicienie C. elegans mają wspaniały system, który pozwala odpowiedzieć na pytania w jaki sposób ludzie i zwierzęta bronią się przed atakami ze strony organizmów powodujących choroby, mówi profesor Emily Troemel. Nicienie nie mają adaptacyjnego układu odpornościowego i polegają jedynie na wrodzonym układzie immunologicznym, podarowym im przez ewolucję. Nasze odkrycia na tych nicieniach być może udowadniają, iż istnieje nowa gałąź wrodzonego układu odpornościowego, która może funkcjonować również u ludzi.

Naukowcy z uniwersytetu University of California w San Diego odkryli dzięki swoim eksperymentom, że nicienie posługują się bardzo specyficznym systemem genetycznym, nazwanym ZIP-2 surveillance pathway, aby wykrywać infekcje spowodowane przez bakterię Pseudomonas aeruginosa.

A specyficzna toksyna tej bakterii – Exotoxin A – blokuje syntezę białek w jelitach nicieni. Co zaskakujące, zablokowanie to prowadzi do wzrostu poziomów czynnika transkrypcji ZIP-2, co w ostatecznym rozrachunku prowadzi do ekspresji genów odpornościowych.

Poza Exotoxin A bakterii Pseudomonas aeruginosa, mówi profesor Emily Troemel, istnieje wiele innych toksyn bakteryjnych, które są znane z tego, że blokują syntezę protein: Diphtheria toxin, Ricin toxin i Shiga toxin.

Te toksyny mają wielki wpływ na zdrowie publiczne. Na przykład, ostatnia epidemia bakterii E. coli, produkującej Shiga toksynę, spowodowała ponad 3000 przypadków zatrucia pokarmowego w Niemczech i doprowadziła do blisko 40 zgnów w Europie i na świecie.

Być może, ludzkie jelita również monitorują blokowanie syntezy protein, aby wykryć zatrucia pokarmowe, przypuszcza profesor Emily Troemel, a to skutkuje podobną odpowiedzią co w przypadku C. elegans. A to może oznaczać, że zwierzęta rozwinęły układ odpornościowy, który odpowiada na komórkowe dysfunkcje, a nie bezpośrednio na toksyny.

Żyjemy w środowisku przeładowanym przeróżnymi organizmami powodującymi chorobami, które mogą nas zaatakować swoimi toksynami. Toksyny te mają różne struktury, ale sposób, w jaki atakują one naszą machinerię komórkową, jest bardzo podobny. Bezpośrednie monitorowanie funkcjonowania naszych komórek może stanowić optymalny system wykrywania wczesnych infekcji oraz natychmiastowej odpowiedzi na nieznane toksyny albo patogeny, konkluduje profesor Emily Troemel.