«Есть очень мало известен о биомеханике бактериально-сосудистых взаимодействий, даже при том, что понимание этого действительно важно для понимания, как бактерии распространялись через тело через сердечно-сосудистую систему, и для развития методов, чтобы заблокировать бактериальное распространение», говорит главный автор исследования Тара Мориарти из Университета Торонто. «Наша в пробирке живая камера основанная на отображении система разрешит более эффективный разбор основных механизмов взаимодействия и более быстрый показ на ингибиторы бактериально-эндотелиальных взаимодействий и распространения».Мориарти и ее команда разработали систему палаты потока и методы отслеживания в реальном времени, которые позволили анализ микроскопии бактериальных взаимодействий с человеческими эндотелиальными клетками, выравнивающими поверхность кровеносных сосудов. Используя генетически модифицированные штаммы бактерии болезни Лайма (Боррелия burgdorferi), исследователи обнаружили, что белок прилипания поверхности клеток под названием BBK32 играет важную роль в стабилизации и укреплении бактериально-сосудистых взаимодействий под потоком. Вычисляя перемещение бактерий от эндотелиальных клеток, исследователи также нашли, что микробы используют подобные шнуру пружинного типа привязи, чтобы стабилизировать и усилить эти связи.
Используя их основанную на отображении систему, исследователи продолжали обнаруживать, что бактерии проходят эндотелиальные поверхности под потоком, передавая механический груз вдоль серии последовательно сформированных и разорванных связей. Подобный детям, качающимся на барах обезьяны, бактерии передали силу от одной связи до следующего без полностью отделения, замедления каждый раз, когда они установили новую связь и ускорение, когда они разорвали связь и перешли к следующей. Этот цикл повторения позволил бактериям устойчиво отодвигаться эндотелиальная поверхность на постоянной общей скорости, подобной способу, которым иммуноциты назвали движение лейкоцитов через кровеносные сосуды.
Дополнительные вычисления показали, что продвигающая сила, произведенная бактериальной подвижностью, более сильна, чем силы, наложенные на бактерии потоком, предполагая, что микробы могут использовать вращающиеся внутренние структуры, названные кнутами, чтобы активно мигрировать вдоль стенок кровеносного сосуда и выйти из васкулатуры, чтобы достигнуть определенных тканей, даже при условиях силы, произведенных кровотоком. Весь процесс подобен людям, плавающим вниз река, используя их ноги, чтобы переместиться к деревьям, выравнивающим банк, захватывающий на серию отделений, чтобы замедлиться, и в конечном счете надевающий отделения, пиная, чтобы выйти из реки и достигнуть суши.
«Способность бактерий болезни Лайма распространить использование сети рек и потоков, обеспеченных кровотоком и способностью поймать на берега этих рек и потоков, вероятно была бы очень важна для распространения всюду по телу, потому что они могут преодолеть барьер для распространения, вызванного кровотоком», говорит первый автор Рходаба Эбэди из Университета Торонто. «Вероятно, что эта собственность помогает бактериям добраться до мест, где они могли бы быть в состоянии упорствовать дольше, и эта собственность могла бы поэтому сделать его тяжелее, чтобы лечить инфекции, вызванные этими бактериями».Результаты также предполагают, что наркотики, предназначающиеся для BBK32 или пока еще неопознанных эндотелиальных рецепторов, могли помочь предотвратить или замедлить распространение бактерий болезни Лайма к суставам, сердцу и нервной системе, таким образом устранив или уменьшив серьезность признаков, таким как артрит, сердечное воспламенение, паралич лицевого нерва и боль в нервах.
Поскольку подобные BBK32 белки также произведены болезнетворными микроорганизмами, такими как золотистый стафилококк и Стрептококк pyogenes, а также определенные разновидности Borrelia, результаты могли также относиться к другим серьезным условиям, вызванным передающимся через кровь распространением бактерий, включая пневмонию, вновь впадающую лихорадку и воспламенение, затрагивающее сердце, кости и нервную систему. Кроме того, в настоящее время доступные наркотики, которые запрещают сосудистые лейкоцитом взаимодействия для лечения аутоиммунных болезней и воспалительных заболеваний, могли потенциально повторно ставиться целью для болезни Лайма и потенциально других инфекционных заболеваний.
В будущих исследованиях исследователи попытаются определить эндотелиальные рецепторы, с которыми взаимодействует BBK32, оцените биомеханическую роль бактериальных кнутов в сосудистых взаимодействиях и распространении, и попытайтесь определить, как бактерии нацелены на определенный endothelia, связанный с различными тканями. Более широко их подход отображения клетки мог использоваться, чтобы учиться, как другие болезнетворные микроорганизмы распространялись через тело. «Мы действительно надеемся, что другие лаборатории могут использовать некоторые подходы, которые мы установили, чтобы изучить другие ошибки и будем рады помочь другим группам сделать это», говорит Мориарти. «Есть так, чтобы сделать, и все, что мы видели, до сих пор самая верхушка айсберга».