Мікроби гинуть за метал

Спеціальний імунний білок пов'язує необхідні бактеріям мікроелементи, так що мікробам не залишається нічого іншого, як перестати рости.

Один із способів боротьби з ворогом - залишити його без їжі і води. Наш імунітет, хоча і не читав трактатів з військової справи, теж використовує «голодну» тактику: крім того, що у нього в арсеналі є «збройові» молекули і клітини, які просто вбивають інфекцію, він ще й позбавляє бактерій речовин, необхідних для росту і розмноження. Речовини ці - метали: цинк, залізо, марганець та інші. Їх іони входять до складу білків, які без таких мікроелементів просто не можуть працювати; якщо метали раптом стали недоступні, клітинні ферменти зупиняються, і жити стає набагато, набагато складніше.

MRSA - стійкий до антибіотиків штам золотистого стафілокока. (Фото Callista Images / Corbis.)

Людський нейтрофіл тягнеться до бактерій Shigella flexneri, щоб їх з'їсти. (Фото Dr. Volker Brinkmann / Visuals Unlimited / Corbis.)

<

>

Як можна вилучити іони металів з вільного доступу? Наприклад, за допомогою спеціальних хелатирующих білків, чиє завдання - схопити іон і тримати його максимально міцно. І такі білки імунна система має. Один з них, калпротектін, у великій кількості міститься в нейтрофілах, які викидають його назовні в зоні запалення. Про калпротектін відомо, що він пов'язує цинк і марганець, тим самим пригнічуючи поширення як бактерій, так і інфекційних грибів. Але якби він пов'язував тільки цинк і марганець, у нього не було б такого сильного антимікробної ефекту, що поширюється на самі різні патогени.

Тому дослідники з Массачусетського технологічного інституту припустили, що калпротектін забирає ще й залізо. Коли білок додавали до бактерій, він дійсно пов'язував не тільки цинк і марганець, а й залізо, причому у всіх випадках важливу роль грали ще іони кальцію: вони допомагали калпротектіну прийняти ефективну просторову форму, щоб краще збирати метали. Втім, тут знайшовся ще один помічник - бета-меркаптоетанол: справа в тому, що калпротектін воліє пов'язувати іони двовалентного заліза, а бета-меркаптоетанол завдяки своїм відновним властивостям якраз підтримує залізо в двовалентне стані.

У статті в Nature Chemical Biology автори роботи пишуть, що калпротектін знижував рівень залізистих іонів в середовищі в 30 разів, так що зростання бактерій зупинявся. За допомогою радіоактивних ізотопів вдалося показати, що білок дійсно не дає мікробам поглинати жаданий мікроелемент. Перебуваючи в імунній клітці, калпротектін плаває в середовищі з невисоким рівнем кальцію, так що щодо своїх іонів клітини може не турбуватися. У зоні ж запалення нейтрофіли викидають білок назовні, де концентрація іонів кальцію оптимальна для роботи - і інфекція залишається без потрібних речовин.

Варто додати, що бактерії по-різному реагують на відсутність різних металів. Наприклад, грамнегативних бактерій, до яких відноситься і кишкова паличка, досить тільки заліза: якщо його іони знову додавали в живильне середовище, спустошену до того калпротектіном, то бактерії відновлювали зростання. Навпаки, грампозитивні, яким належить знаменитий золотистий стафілокок, що викликає і фурункули, і пневмонію, і менінгіт, вимагають для зростання комплексу іонів - тобто, крім заліза, їм потрібні ще цинк і марганець. Очевидно, додатково активуючи калпротектін під час хвороби, можна добре допомогти імунітету в його боротьбі з патогеном. З огляду на, що проти антибіотиків у бактерій швидко з'являється стійкість, такий метод міг би стати ефективним обхідним шляхом в боротьбі з інфекційними хворобами.