Naukowcy powstrzymują choroby mięsożerne u myszy
Bakteria, która jest główną przyczyną martwiczego zapalenia powięzi lub choroby zjadania mięsa, powoduje rozległą, śmiertelną infekcję, zmuszając układ nerwowy do zatrzymywania ataku układu odpornościowego.
Zespół kierowany przez naukowców z Harvard Medical School w Bostonie dokonał zaskakującego odkrycia, badając taktyki sprzyjające chorobom. Streptococcus pyogenes u myszy z martwiczym zapaleniem powięzi.
Możesz przeczytać o badaniu w artykule, który wkrótce zostanie opublikowany w czasopiśmie Komórka, gdzie naukowcy sugerują również dwa potencjalne sposoby leczenia.
Gdyby odniosły sukces w próbach na zwierzętach i ludziach, terapie mogłyby mieć ogromną wartość w zwalczaniu „wysoce inwazyjnych infekcji bakteryjnych”.
„Martwicze zapalenie powięzi”, wyjaśnia starszy autor badania, Isaac M. Chiu, który jest adiunktem mikrobiologii i immunobiologii w Harvard Medical School, „to wyniszczająca choroba, której leczenie jest niezwykle trudne i ma niedopuszczalnie wysoki wskaźnik śmiertelności”.
Choroba mięsożerna
Choroba mięsożerna jest spowodowana poważną infekcją bakteryjną tkanki podskórnej, tkanki znajdującej się tuż pod skórą oraz powięzi, czyli tkanki pokrywającej narządy znajdujące się wewnątrz ciała.
Choroba jest bardzo rzadka; każdego roku dotyka około 200 000 osób na całym świecie, w tym około 1200 osób w Stanach Zjednoczonych.
Infekcja - która może być wywoływana przez kilka rodzajów bakterii - nie jest łatwa do zdiagnozowania i może się nagle rozwinąć i szybko rozprzestrzenić. Jeśli nie zostanie szybko leczona, może doprowadzić do „niewydolności wielonarządowej i śmierci”, która występuje w około 30 procentach przypadków.
Po urazie układ nerwowy wysyła jeden sygnał do mózgu, a drugi do układu odpornościowego. Pierwszy sygnał wywołuje odczucia bólu, a drugi mówi układowi odpornościowemu, aby się powstrzymał.
Naukowcy sugerują, że neurony, czyli komórki nerwowe, mają zdolność instruowania układu odpornościowego, aby się wstrzymywał, aby zapobiec „nadmiernemu rozmieszczeniu” komórek odpornościowych, które mogłoby spowodować „uboczne” uszkodzenie zdrowej tkanki.
Prof. Chiu zainteresował się, jak ta interakcja układu nerwowego i układu odpornościowego może działać w chorobie zjadania mięsa, kiedy odkrył, że dotknięci nią pacjenci często odczuwali nadmierny poziom bólu, który występował przed wystąpieniem objawów.
Czy to możliwe, że bakteria w jakiś sposób wykorzystywała tę naturalną podwójną reakcję na uraz do stłumienia układu odpornościowego dla własnej korzyści?
Bakteryjna toksyna wywołuje wyciszenie immunologiczne
Aby dalej to zbadać, on i jego koledzy opracowali mysi model choroby mięsożernej, wstrzykując zwierzętom bakterię S. pyogenes pobrane od zakażonych ludzi.
Korzystając z modelu mysiego, odkryli, że toksyna wytwarzana przez bakterię - znana jako streptolizyna S - była wyzwalaczem bólu i późniejszego wyciszenia układu odpornościowego.
W dalszych testach wstrzyknęli myszom bakterie, które zostały zmodyfikowane genetycznie, aby nie mogły wyprodukować toksyny. Chociaż zostały zakażone, myszy nie wykazywały typowego bólu, a infekcja również nie stała się inwazyjna.
Naukowcy potwierdzili rolę streptolizyny S poprzez „przeprojektowanie” zdolności do wytwarzania toksyn z powrotem do zmodyfikowanych bakterii, a następnie wprowadzenie ich do tych samych myszy. Infekcja rozwinęła się w „rozwiniętą” chorobę mięsożerną.
Następnie zespół podał myszom przeciwciało, które blokowało toksynę. Objawy bólowe myszy były znacznie zmniejszone, co potwierdza, że bakteryjna streptolizyna S była wyzwalaczem.
Podstawowe mechanizmy molekularne
Naukowcy przeprowadzili dalsze eksperymenty, w ramach których zbadali podstawowe molekularne mechanizmy interakcji między układem nerwowym a układem odpornościowym.
Odkryli w nich, że streptolizyna S pobudza neurony do wysyłania sygnału bólu do mózgu. To również wyzwala inny sygnał dla układu odpornościowego, który powoduje wydzielanie neuroprzekaźnika lub przekaźnika chemicznego, zwanego peptydem związanym z genem kalcytoniny (CGRP), który następnie wstrzymuje odpowiedź immunologiczną.
Odkryli również, że CGRP robi to, zarówno zatrzymując wysyłanie neutrofili, jak i blokując ich zdolność do zabijania bakterii w miejscu rany.
„Skutecznie”, zauważa prof. Chiu, „ten sygnał neuronowy wycisza system alarmowy, który normalnie wzywa bojowników organizmu do powstrzymania infekcji”.
Następnie wyjaśnia, że taka reakcja jest właściwa, gdy rana jest czysta i niezainfekowana - nie chcesz, aby układ odpornościowy wchodził i rozpalał zdrową tkankę, próbując poradzić sobie z infekcją, której nie ma.
Ale bakteria paciorkowca wykorzystuje to i stosuje tę samą strategię, gdy rana jest zakażona, umożliwiając rozwój choroby bez przeszkód.
Pacjenci we wczesnym stadium martwiczego zapalenia powięzi często odczuwają ogromny ból, ale nie wykazują objawów, których można by się spodziewać po ich wystąpieniu - takich jak zaczerwienienie, obrzęk i stan zapalny.
Prof. Chiu i współpracownicy sugerują jednak, że tego można by się spodziewać, gdyby z jakiegoś powodu neutrofile, które wywołują stan zapalny i pozbywają się bakterii, nie zostały wezwane.
Dwa możliwe sposoby zatrzymania choroby
Następnie naukowcy przeprowadzili kolejny zestaw eksperymentów, w których wprowadzili bakterie do dwóch grup myszy: jednej, w której zatrzymali zdolność włókien nerwowych do przenoszenia sygnałów bólowych, a drugiej, w której tego nie zrobili.
Pokazały one, że blokowanie nerwów bólowych poprawia kontrolę organizmu nad infekcją.
Różne eksperymenty, w których myszom wstrzykiwano neurotoksynę botulinową A - bloker nerwów obecny w kosmetycznych zabiegach przeciwzmarszczkowych twarzy - pokazały, że takie podejście może działać jako leczenie choroby zjadania mięsa.
Wstrzyknięcia blokera nerwów nawet 2 dni po pierwszym zakażeniu myszy i już z ranami zatrzymały chorobę, powodując większe uszkodzenia tkanek.
Naukowcy przetestowali również inny możliwy sposób walki z chorobą. Wykazali, że blokery CGRP usunęły hamulce układu odpornościowego, powstrzymując komórki nerwowe przed wysyłaniem sygnałów zatrzymania. Przestali również rozprzestrzeniać się martwiczego zapalenia powięzi u myszy.
„Nasze odkrycia ujawniają zaskakującą nową rolę neuronów w rozwoju tej choroby i wskazują na obiecujące środki zaradcze, które uzasadniają dalsze badania”.
Prof. Isaac M. Chiu
