https://tinyurl.com/5n7brc2c
https://tinyurl.com/5n7brc2c
https://tinyurl.com/32ddeyt7
Быстрое распространение штаммов золотистого стафилококка, устойчивых к метициллину и другим бета-лактамным антибиотикам (метициллинрезистентный Staphilococcus aureus, MRSA) традиционно связывают с широким использованием этих антибиотиков в медицине и животноводстве. Новое исследование показало, что некоторые разновидности MRSA возникли задолго до открытия антибиотиков и чаще встречаются у диких европейских ежей, чем у людей и домашних животных. На примере одной хорошо изученной страны (Дании) удалось показать, что люди чаще заражаются теми вариантами MRSA, которые преобладают у местных ежей. Другие дикие и домашние животные тоже могут переносить MRSA, но ежи, по-видимому, являются главным природным резервуаром определенных разновидностей этих микробов. Устойчивость к метициллину и другим бета-лактамам могла развиться у S. aureus в ходе адаптации к жизни на коже ежей, зараженных паразитическим грибом — дерматофитом Trichophyton erinacei. Этот гриб производит сразу два бета-лактамных антибиотика: пенициллин G и 6-(5-гидрокси-n-валерамидо)-пенициллановую кислоту. Ежиные штаммы MRSA надежно защищены от обоих антибиотиков двумя генами, mecC и blaZ. Эти гены расположены рядом друг с другом внутри встроенного в геном мобильного элемента, который неоднократно передавался от одних бактерий к другим. Белки, кодируемые этими генами, используют две принципиально разные стратегии защиты от бета-лактамных антибиотиков.
Метициллинрезистентный золотистый стафилококк (Methicillin-resistant Staphylococcus aureus, MRSA) впервые был обнаружен в 1960 году, почти сразу после того, как врачи начали использовать метициллин для борьбы со штаммами стафилококка, устойчивыми к пенициллину. Сегодня MRSA поражает более 170 000 человек в год в одной только Европе и считается серьезной угрозой здоровью человечества (см.: World Health Organization, 2017. Global priority list of antibiotic-resistance Bacteria to guide research, discovery, and development of new antibiotics). MRSA всё чаще обнаруживают у домашних животных (свиней, коров, коз, овец, лошадей, кур), которые сами обычно не очень страдают от инфекции, но могут передавать ее людям.
Распространение MRSA традиционно связывают с широким применением антибиотиков из группы бета-лактамов в медицине и животноводстве. При этом известно, что MRSA встречается также у диких млекопитающих и птиц. До сих пор предполагалось, что дикие животные обычно заражаются MRSA от людей и домашних животных (а не наоборот).
Еще в 1960-е годы было замечено, что у европейских ежей часто встречаются штаммы золотистого стафилококка, устойчивые к пенициллину. Тогда же было показано, что гриб Trichophyton erinacei, дерматофит, живущий на ежиной коже, производит антибиотик, похожий на пенициллин. Таким образом, стало ясно, что S. aureus мог приобрести устойчивость к пенициллину задолго до открытия Александра Флеминга, адаптируясь к ежам и их кожным грибам (J. M. B. Smith, M. J. Marples, 1965. Dermatophyte lesions in the hedgehog as a reservoir of penicillin-resistant staphylococci).
Пенициллинрезистентные, но чувствительные к метициллину стафилококки защищаются от пенициллина при помощи фермента пенициллиназы. Эта защита не срабатывает против метициллина и других бета-лактамных анитибиотиков, устойчивых к пенициллиназе. Метициллинрезистентные штаммы S. aureus (MRSA) используют другую защиту: у них есть ферменты PBP (penicillin-binding protein) 2a и 2b, которые кодируются генами mecA и mecC. Ферменты PBP необходимы для синтеза бактериальной клеточной стенки: они соединяют друг с другом соседние нити полимера пептидогликана, составляющего основу клеточной стенки. Бета-лактамы блокируют работу обычных PBP (на этом и основано их антибактериальное действие), но бессильны против версий PBP2a и PBP2b, которые обладают пониженным сродством к бета-лактамам. Поэтому гены mecA и mecC надежно защищают стафилококков почти от всех бета-лактамных антибиотиков, включая устойчивые к пенициллиназе.
Недавно выяснилось, что у ежей в Швеции и Дании подозрительно часто встречаются метициллинрезистентные штаммы S. aureus с геном mecC (mecC-MRSA, см.: S. L. Rasmussen et al., 2019. European hedgehogs (Erinaceus europaeus) as a natural reservoir of methicillin-resistant Staphylococcus aureus carrying mecC in Denmark). Это позволило предположить, что дикие ежи являются естественным резервуаром не только пенициллинрезистентных, но и метициллинрезистентных стафилококков mecC-MRSA, и что происхождение этих штаммов тоже связано с адаптацией к антибиотикам, производимым грибом Trichophyton erinacei. Вскоре были получены первые косвенные подтверждения этой гипотезы, основанные, правда, лишь на данных по 23 шведским ежикам (F. Dube et al., 2021. Benzylpenicillin-producing Trichophyton erinacei and methicillin resistant Staphylococcus aureus carrying the mecC gene on European hedgehogs — A pilot-study).
Более основательно подошел к делу международный коллектив из 64 исследователей, опубликовавший в журнале Nature результаты изучения 276 ежей из 10 стран (девяти европейских и Новой Зеландии, куда европейских ежей завезли между 1869 и 1892 годами). Обследовались ежи из центров реабилитации для диких животных.
У 101 животного на коже и слизистой носа обнаружились метициллинрезистентные стафилококки mecC-MRSA. Зараженные особи происходят из Соединенного Королевства, Чехии, Дании, Португалии и Новой Зеландии. В остальных странах (Греция, Румыния, Италия, Франция, Испания) у всех ежей тесты оказались отрицательными (рис. 2).
Полногеномное секвенирование показало, что ежиные стафилококки mecC-MRSA подразделяются на шесть линий («клональных комплексов») с различающейся эволюционной историей. Ген mecC у всех линий находится во встроенном в геном мобильном элементе, который называется SCCmec (type XI staphylococcal cassette chromosome mec). Вплотную к гену mecC в том же мобильном элементе сидит еще один ген устойчивости к бета-лактамным антибиотикам — blaZ, кодирующий пенициллиназу. Другие варианты мобильного элемента SCCmec, несущие ген mecA (а не mecC), встречаются у других метициллинрезистентных штаммов S. aureus (mecA-MRSA), которые вызывают наиболее серьезные медицинские проблемы (H. F. Chambers, F. R. DeLeo, 2009. Waves of resistance: Staphylococcus aureus in the antibiotic era). Происхождение их неясно, к ежам они отношения не имеют и в обсуждаемой статье не рассматриваются.
Кроме того, у исследованных ежей было обнаружено 22 штамма S. aureus, чувствительных к метициллину (MSSA), некоторые из которых относятся к тем же клональным комплексам, что и mecC-MRSA (это говорит о довольно частых горизонтальных переносах генов устойчивости от одних стафилококков к другим). У ежиных MSSA нет гена mecC, однако у 14 штаммов из 22 есть другая, сильно отличающаяся версия гена blaZ. Ген mecA, имеющийся у других (не ежиных) MRSA, приходится примерно таким же дальним родственником mecC, как эти две версии blaZ друг другу.
Авторы также изучили геном дерматофита Trichophyton erinacei на предмет наличия в нем генов синтеза антибиотиков — и обнаружили гены, ответственные за производство пенициллина G (бензилпенициллина). При помощи жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии удалось показать, что, помимо пенициллина G, T. erinacei производит еще один бета-лактамный антибиотик — 6-(5-гидрокси-n-валерамидо)-пенициллановую кислоту. Какие гены отвечают за ее синтез, пока неизвестно, поэтому их и не нашли в геноме гриба.
Эксперименты с природными и генетически модифицированными стафилококками показали, что выделения гриба T. erinacei резко подавляют рост штаммов S. aureus, лишенных защитных генов, чуть меньше вредят штаммам с геном mecC, еще меньше — штаммам с геном blaZ, а наилучшую защиту дает комбинация обоих генов. При этом та версия blaZ, которая характерна для ежиных S. aureus, гораздо лучше защищает от выделений гриба, чем альтернативная версия этого гена, встречающаяся у других (не ежиных) пенициллинрезистентных штаммов золотистого стафилококка.
Таким образом, результаты согласуются с идеей о том, что адаптация золотистых стафилококков к жизни на ежах, зараженных грибом T. erinacei, могла способствовать распространению защитных генов mecC и blaZ.
Для большей доказательности, конечно, следовало бы посмотреть, как соотносится зараженность грибом T. erinacei с встречаемостью MRSA у ежей. Но авторы не смогли этого сделать, как они пишут, по этическим соображениям. Ведь для идентификации дерматофитов нужно брать не просто мазки с поверхности кожи или слизистой, а кусочки кожи, волосы и иглы, а ёжиков из реабилитационных центров нельзя так обижать.
Попытки авторов детально реконструировать на основе геномных данных эволюционную историю ежиных штаммов mecC-MRSA (для этого использовались, помимо ежиных, сотни близких штаммов, выделенных из людей и жвачных) не дали однозначных результатов. Картина получается слишком сложная и запутанная, но кое-какие выводы что всё же удалось сделать. За последние два-три столетия разные штаммы стафилококков многократно переходили с одних хозяев на других (долгая жизнь в жвачных или людях оставляет в геномах узнаваемые следы адаптации к конкретному хозяину), пересекали водные преграды (например, путешествовали из Дании в Англию и обратно) и обменивались генами устойчивости к антибиотикам посредством горизонтального переноса. Некоторые обнаруженные у ежей разновидности mecC-MRSA приобрели свою устойчивость лишь в XX веке — возможно, уже после того, как люди начали применять бета-лактамные антибиотики в медицине и животноводстве. Однако для части ежиных штаммов удалось показать, что они были метициллинрезистентными задолго до этого момента. Полученные данные в целом согласуются с гипотезой о том, что распространение в популяциях золотистого стафилококка мобильного элемента SCCmec с генами устойчивости mecC и blaZ изначально было связано с адаптацией стафилококков к ежам и их дерматофитам. Напомним, что происхождение более важных в медицинском плане метициллинрезистентных штаммов S. aureus с другими вариантами SCCmec, несущими ген mecA (а не mecC), с ежами не связано и в статье не рассматривается.
В настоящее время метициллинрезистентные золотистые стафилококки mecC-MRSA встречаются у диких европейских ежей гораздо чаще, чем у людей и домашних животных, — по крайней мере в тех европейских странах, по которым есть такие данные. Например, в Дании зараженность ежей mecC-MRSA составляет 61%, тогда как у коров, овец и коз она варьирует от 0% до 1,1%, а у людей выявляют лишь от 3 до 36 заражений в год.
По-видимому, дикие ежи до сих пор являются важным природным резервуаром mecC-MRSA, из которого опасные патогены периодически передаются людям и другим животным. Это хорошо видно при сопоставлении данных по разновидностям mecC-MRSA, выявленным у ежей и людей в разных районах Дании (рис. 3). Наблюдаемое соответствие, скорее всего, указывает на систематический занос инфекции от ежей к людям (в результате непосредственного контакта или при посредничестве домашних животных), а не в обратную сторону. Ведь у ежей этой заразы гораздо больше, чем у людей. К тому же ежи намного меньше путешествуют, что придает ежиным инфекциям четкую географическую структуру.
Исследование показало, что дикие животные могут играть более важную роль в распространении устойчивости к антибиотикам, чем принято считать.
Источник: J. Larsen et al. Emergence of methicillin resistance predates the clinical use of antibiotics // Nature. 2022. DOI: 10.1038/s41586-021-04265-w.
https://bit.ly/3golowC
Американские ученые исследовали, как занятия спортом влияют на состояние мозга и когнитивные функции. Эксперименты проводились на мышах: часть из них имела возможность бегать в колесе, а часть — нет. Между этими группами выявились различия, и все они были в пользу «бегунов»: у них и нейровоспалительные процессы не развивались, и память была крепче, и смекалка живее. Как выяснилось, у «бегунов» в кровь выделяется ряд белковых факторов, которые опосредуют эти различия. Среди этих белков самым эффективным (из изученных) оказался кластерин — белок, связанный с работой врожденного иммунитета и с функционированием сосудов мозга. Если этот белок просто ввести нетренированным мышам, то получится тот же эффект, что и при занятиях спортом.
Группа нейробиологов, генетиков и биохимиков из США порадовала нас интересным и поучительным экспериментом. Ученые решили выяснить, почему заниматься физкультурой полезно для здоровья — как физического, так и умственного. Казалось бы, это утверждение, с которым вряд ли кто-то будет всерьез спорить, не нуждается в дополнительных доказательствах. Но если как следует задуматься, то окажется, что это не так. Утверждая связь физических упражнений и здоровья, хорошо бы понимать, какие параметры здоровья имеются в виду, какие соединения опосредуют эту связь, где они синтезируются, в каком количестве и как передаются в организме. Иными словами, нужна конкретика — только тогда ее можно будет обернуть в реальную помощь пациентам.
Необходимо отметить, что исследований на эту тему немало, но новая статья, опубликованная недавно в журнале Nature, отличается именно такой конкретикой и разносторонностью. В ней не только наглядно продемонстрировано влияние физических упражнений на когнитивные функции и сопротивляемость воспалительным заболеваниям, но и разобран биохимический и генетический арсенал этих улучшений, а также выделен ключевой действующий фактор и экспериментально подтверждено его действие.
Эту работу ученые выполнили на мышах. Одной группе мышей (для эксперимента брали только самцов) дали возможность бегать в колесе (группа «бегунов»). А у второй группы мышей, составленной из братьев «бегунов», такой возможности не было. Все мыши через месяц тренировки проходили тест на когнитивные способности (водный лабиринт (см. Morris water maze) и формирование условного рефлекса на болевой шок). А для того, чтобы выявить анатомические различия мозга между «бегунами» и их собратьями из второй группы, у нескольких мышей по окончании тренировок изучали срезы гиппокампа — части мозга, вовлеченной в исполнение когнитивных задач и формирование памяти. Будут ли видны различия?
Различия выявились сразу: количество нейронов в гиппокампе, их предшественников и астроцитов увеличилось. Действенность физкультурных упражнений подтвердилась и в отношении когнитивных функций: во всех случаях «бегуны» показали результаты лучше, чем мыши из второй группы.
Этот успешный зачин ученые продолжили, намереваясь доказать, что факторы физического и умственного здоровья выделяются в кровь и переносятся кровью, то есть что физкультура — это не простое укрепление мышц. Для этого авторы брали плазму крови мышей-бегунов и вводили ее мышам из малоподвижной группы. Для контроля части мышей вводили либо плазму крови мышей из этой же группы, либо физиологический раствор.
Также авторы проверяли воспалительный ответ у малоподвижных мышей и у «бегунов». В этом эксперименте мышам обеих групп вводили липополисахарид, вызывающий воспаление (в частности, тканей мозга). Оказалось, что у «бегунов» воспаление было заметно слабее, чем у мышей из второй группы. Этот результат, конечно, поучителен для тех, кто предпочитает поваляться на диване, но для медиков полезнее понять, какие факторы здесь выступают в оздоровительной роли. Чтобы ответить на этот вопрос, ученые снова вводили мышам из второй группы плазму «бегунов» — в этом случае воспаление у них развивалось столь же слабо, как и у самих «бегунов».
Таким образом, удалось надежно подтвердить исходную гипотезу, согласно которой факторы, опосредующие связь физкультуры с физическим и когнитивным здоровьем, переносятся кровью. Следующая часть работы, дотошная и кропотливая, была посвящена выяснению того, что это за факторы. Здесь к работе подключились биохимики и генетики. Они сравнили транскриптомы (наборы РНК, подготовленных для синтеза белков) в гиппокампе у «бегунов» и у пассивной группы. Выявилось весьма много различий: в сумме 1952 гена экспрессировались по-разному. Наиболее четкие из них относились к тем генам, которые регулируют ответ на воспаление и формирование новых клеток.
Функциональное назначение генов, которые наиболее четко различаются по своей экспрессии в мозгу у «бегунов» и мышей, лишенных доступа к колесу. Та же разница характерна для мышей, кто получал инъекции плазмы «бегунов» и мышей из второй группы. В первую очередь у «бегунов» отмечается снижение экспрессии регуляторов воспалительного ответа, увеличение клеточного морфогенеза и снижение клеточного протеолиза. Рисунок из обсуждаемой статьи в NatureЕсли перейти на белковый (протеомный) уровень, то у «бегунов» и их малоподвижных соседей закономерные различия обнаруживаются по 49 белкам плазмы. Судя по набору метаболических путей, в которые эти 49 белков включены, у бегунов подавляется активность так называемой альтернативной системы комплемента, опосредующей иммунный ответ организма. Из-за этого нейровоспалительная реакция оказывается значительно сниженной. Кроме того, ускоряется созревание клеток эпителиальной выстилки кровеносных сосудов и ингибируется процесс образования тромбов в крови. Транскриптомные данные согласуются с протеомными.
Фокус исследовательских усилий сосредоточился на этих 49 белках: нужно было выделить из них ключевые компоненты, оказывающие тот волшебный оздоровительный эффект, который превратил неспортивных мышей в подобие «бегунов». Выбрав четыре самых отличающихся по количеству белка в двух группах, ученые убирали по одному из них из плазмы «бегунов». Эту «урезанную» плазму они вводили мышам из малоподвижной группы, которым до этого химически спровоцировали нейровоспалительный процесс. Лишь один белок показал свою действенность: если его убрать, оставив все остальные, то никакого оздоровительного воздействия не будет. Это белок кластерин. Если ввести малоподвижным мышам только этот белок, то оздоровительный результат окажется ровно тем, что дает полноценная плазма «бегунов». Также, авторы проверили, что если ввести кластерин мышам с хроническим нейродегенеративным заболеванием, то и у них состояние мозга заметно улучшается.
Кластерин ингибирует работу альтернативной системы комплемента и регулирует функционирование эндотелиальной выстилки кровеносных сосудов мозга. Ученые предполагают, что именно с этим связан противовоспалительный эффект кластерина. Нужно понимать, что при занятиях физкультурой в плазму выбрасывается не только кластерин, но и другие действенные белки. Просто в обсуждаемой работе из проверенных четырех белков именно он дал требуемый эффект. Так что впереди ученые ждет еще много интересных исследований.
Говоря о пользе и перспективах этой работы, естественно задаться вопросом, можно ли мышей-бегунов сравнивать с человеком (а именно это нас интересует больше всего). Авторы считают, что можно. Они провели дополнительное исследование, предложив двадцати пожилым людям позаниматься гимнастикой. После полугода занятий у этой группы людей уровень кластерина оказался повышен, улучшились показатели крови (например, понижен уровень протромбина) и понижены уровни белков системы комплемента. Это как раз те метаболические системы, которые задействуются у мышей. К сожалению, никаких других показателей их здоровья и когнитивных функций в работе не приводится. Тем не менее, авторы мало сомневаются в том, что их открытие может вести к разработке эффективных лекарств от нейродегенеративных заболеваний, в частности — от болезни Альцгеймера.
Источник: Zurine De Miguel, Nathalie Khoury, Michael J. Betley, Benoit Lehallier, Drew Willoughby, Niclas Olsson, Andrew C. Yang, Oliver Hahn, Nannan Lu, Ryan T. Vest, Liana N. Bonanno, Lakshmi Yerra, Lichao Zhang, Nay Lui Saw, J. Kaci Fairchild, Davis Lee, Hui Zhang, Patrick L. McAlpine, Kévin Contrepois, Mehrdad Shamloo, Joshua E. Elias, Thomas A. Rando & Tony Wyss-Coray. Exercise plasma boosts memory and dampens brain inflammation via clusterin // Nature. 2021. DOI: 10.1038/s41586-021-04183-x.
Елена Наймарк
https://bit.ly/3EtXvxg