Разбираем мир микробиологии по кусочкам
Мученики инфекции
Кожа кишечника: барьер против патогенов
Вспомните о ране, которую вы получили от ножа при нарезке овощей, или об ожоге, когда вы коснулись раскаленной кастрюли. Как это было больно! А теперь вспомните как со временем на ране образуется тонкий слой кожи, уменьшающий боль почти до нуля. Как и кожа тела снаружи, все млекопитающие имеют внутреннюю оболочку кожи для внутренних органов: легких, печени, поджелудочной железы, желудка, и кишечника. Этот слой, называемый эпителием, использует различные механизмы для защиты от внутренних инфекций и повреждений.
Многие текущие исследования сосредоточены на изучении кишечного эпителия, потому что работа клеток этого слоя остается загадкой. Патогены нацелены на одну клетку за раз, вторгаясь в них через структуры похожие на иголки и пробираясь к другим внутренним органам через клетки и кровь. Но, подожди! Нарушить гармонию тела млекопитающего не так то и просто. Кишечный эпителий служит первым барьером на пути такого вторжения. Когда одна клетка находится под атакой патогена, она связывается с соседними клетками через сигнальные пути, образуя сеть подобную Интернет-соединению с точкой Wi-Fi. Среди соседних клеток есть и те, которые формируют мышцы вокруг кишечника. До сих пор исследователи думали, что эти мышцы помогают сокращаться кишечной стенке при атаке патогена, но они не знали, что клетки кишечного эпителия также могут и защищаться от атаки. Исследователи из Университета Упсалы обнаружили, что инфицированные эпителиальные клетки могут самостоятельно противостоять инфекции и посылать сигналы окружающим клеткам эпителия для предотвращения дальнейших повреждений. В ходе проведенного эксперимента ученые увидели, что слой эпителия подвергается сокращению в месте заражения и избавляется от пораженных клеток.
Выращивание кожи в чашке Петри!
Сценарии многих научно-фантастических фильмов могут стать реальностью! Ученые могут выращивать живые ткани различной плотности в чашке Петри. В нашем случае, они вырастили один слой эпителиальных клеток, полученных из кишечника мышей. Со временем, эти клетки трансформируются в пластинчатые ткани. Эти листы называются энтероидами (enteroids). Как только клетки образуют энтероиды, ученые заражают их Salmonella typhimurium (STm) для изучения механизма заражения и последующего эпителиального ответа. STm является патогеном, который вызывает тифо-подобную инфекцию, и он использует игольчатую структуру для проникновения в эпителиальную стенку кишечника. Если у STm отсутствуют гены, кодирующие иглоподобные белки, он не сможет вызвать иммунный ответ от эпителия.
Как кишечник млекопитающих защищает себя от вредных бактерий?
Во время атаки патогена на эпителий, пораженные клетки могут начать лизис, что еще больше повредит целостность кишечной стенки, затрагивая и окружающие клетки. Думайте об этом как о деревянном сарае, который простоял под дождем долгое время. Повреждения будут быстро распространяться на остальные части строения, что приведет к разрушению всей конструкции. Но, эпителиальные клетки кишечника умны! Во время инфекции, клетки, которые подверглись вторжению, вытесняются из эпителиального слоя и погибают (Изображение 1). В этом процессе они выступают в роли спасателей для окружающих их клеток. Как же так?
Исследователи получили энтероиды из кишечника мышей, у которых отсутствовали гены Casp1/11 и GsdmD, вызывающие сокращения эпителиального слоя. Затем, они заразили энтероиды бактерией Salmonella typhimurium, и сравнили их с инфицированными энтероидами от мышей со всеми сохраненными генами (Изображение 2). Удивительно, но клетки дефицитных энтероидов все же погибали при отсутствии сокращений. Тем не менее, эти энтероиды занимали меньше места, чем энтероиды с сохраненными генами. Это доказывает, что при отсутствии сокращений, целостность эпителиального слоя нарушается, как и в примере с деревянным сарае. Но при наличии сокращений, клетки имеют тенденцию образовывать плотно упакованную область в месте вторжения. Этот процесс приводит к буквальному выдавливанию мертвых инфицированных клеток и части живых клеток из слоя. Что происходит с созданным зазором, спросите вы? Вот тут и происходит образование плотно упакованной структуры. Промежуток заполняется соседними клетками, так как их изначально было много в месте заражения. А что происходит с возбудителями мы расскажем в следующий раз!
Как и в любом другом эксперименте на мышах, всегда возникает вопрос: происходит ли это и у людей? Чтобы это определить, исследователи “вырастили” кишечные энтероиды человека из тканей, извлеченных во время бариатрической операции, и заразили их STm. Они обнаружили, что эффект, наблюдаемый у энтероидов мышиного происхождения проявлялся с меньшей интенсивностью, чем у энтероидов человеческого происхождения.
Принесение в жертву солдат кишечного эпителия
Тело млекопитающего состоит из множества клеток, каждая из которых имеет свое назначение. Эти клетки работают загадочным образом. В этом исследовании ученые попытались раскрыть одну из этих загадок на микроскопическом уровне. Клетки эпителия работают группой. Чтобы сохранить целостность всей группы, некоторые клетки жертвуют собой, становясь мучениками в битве с инфекцией. В долгосрочной перспективе, эта жертва предотвращает дальнейший распад окружающих тканей и развитие системной инфекции.
Перевод был сделан Марией Мартыновой
Дополнительные источники: Eisenhoffer GT, Loftus PD, Yoshigi M, Otsuna H, Chien CB, Morcos PA, Rosenblatt J. Crowding induces live cell extrusion to maintain homeostatic cell numbers in epithelia. Nature. 2012 Apr 15;484(7395):546-9. https://doi.org/10.1038/nature10999
Изображение: создано автором статьи
micro-bites.org 