Исследователи из Медицинского центра Университета Вандербильта получили кристаллическую структуру токсина из бактерии Clostridium difficile ("C. разница") – основная причина внутрибольничной диареи в США.
Сообщая на этой неделе в журнале Nature Microbiology, они также обнаружили, что цинк необходим для проявления разрушительного воздействия токсина на толстую кишку. Открытия помогают усилиям по разработке вакцин и других новых методов лечения для предотвращения потенциально фатальных последствий C. diff инфекция.
"Это фундаментальная наука. Я думаю, это дает основу для понимания того, как, если у вас действительно есть инфекция, токсины вызывают болезнь," сказал старший автор D. Борден Лейси, доктор философии.D., доцент кафедры патологии, микробиологии, иммунологии и биохимии.
Как сибирская язва, дифтерия и ботулизм, C. diff-инфекция – это заболевание, опосредованное токсинами. Бактерия на самом деле производит два похожих токсина, токсин A и токсин B. Но в отличие от других инфекций, пока нет вакцины или другого лечения, которое могло бы эффективно блокировать C. различать токсины.
Между тем, C. diff стал серьезной угрозой общественному здоровью. В 2011 году бактерия вызвала почти полмиллиона инфекций в Соединенных Штатах, и около 29000 человек умерли от кишечных осложнений, включая форму колита, в течение месяца после постановки диагноза.
В 2012 и 2013 годах Лейси и ее коллеги сообщили о механизме, с помощью которого токсин B убивает клетки. Ранее в этом году они сообщили об идентификации клеточного рецептора, связывающего токсин.
После связывания со своими рецепторами токсины покрываются эндосомой или крошечным пузырьком. Через поры, которые он просверливает в клеточной мембране, каждый токсин затем отправляет части себя с двумя ферментативными действиями в клетку. Ферменты изменяют активность клеточных белков, в конечном итоге убивая клетку.
В текущем исследовании исследователи во главе с научным сотрудником Лейси Стейси Резерфорд создали кристаллическую структуру C. diff токсин A. Бенджамин Спиллер, Ph.D., адъюнкт-профессор фармакологии и патологии, микробиологии и иммунологии, также внес свой вклад в кристаллографию.
В Аргоннской национальной лаборатории за пределами Чикаго исследователи отразили сильно сфокусированное рентгеновское излучение определенной длины волны от кристалла. Затем полученная дифракционная картина была преобразована с помощью вычислительных методов в модель токсина.
Они обнаружили, что одна небольшая часть токсина "очень консервативный," это означает, что его последовательность аминокислот идентична такой же последовательности у других видов Clostridium.
Этот "предполагает, что антитела, специфичные для этой консервативной области, могут обеспечивать защиту от множественных токсин-опосредованных инфекций клостридий, и указывает на обобщаемую стратегию создания безопасных вакцинных антигенов для этого класса токсинов," они пришли к выводу.
Кроме того, Николь Чамблер, аспирантка лаборатории Лейси, которая сейчас работает докторантом в Гарвардской медицинской школе, обнаружила, что цинк связан с токсином и необходим для его активности. Небольшие молекулы, нацеленные на цинк-связывающий фермент, могут блокировать действие токсина.
По словам Лейси, еще многое предстоит открыть, но каждое исследование немного приближает циферблат к лучшему лечению и профилактике C. diff инфекции.