В России начался “сезон клещей”, а это значит, что прогулки на улице теперь требуют от нас особенной аккуратности.

Ежегодно в России около !полумиллиона человек! хоть раз снимают с себя клеща. Многие инциденты заканчиваются спокойно и без серьезных последствий, но некоторые непременно ведут к больничной койке. Клещи являются переносчиками ряда серьезных болезней, которые могут быть переданы человеку через их укусы. К ним относят: болезнь Лайма (боррелиоз), клещевой энцефалит, эрлихиоз, краснуху клещей и т.д.

Наиболее известным заболеванием является боррелиоз. Он опасен тем, что часть пациентов остается без действенного лечения, в силу отсутствия эффекта от антибиотиков. 

В данной статье я расскажу о том, как ученым удалось обнаружить белок, вырабатывающийся вместе с потом, способный подавлять рост бактерий, вызывающих болезнь Лайма.

Приятного прочтения :)

Введение в исследование

Болезнь Лайма — это инфекционное заболевание, переносимое клещами и вызываемое бактериями рода Borrelia. Несмотря на то, что многие пациенты успешно лечатся стандартными антибиотиками, существует риск развития тяжелой формы болезни, приводящей к хроническим осложнениям. За последние годы количество случаев болезни Лайма увеличивается, особенно в северном полушарии.

В связи с тем, что до сих пор не все факторы риска и механизмы болезни изучены, исследователи провели полногеномное ассоциативное исследование, используя данные Международной классификации болезней (МКБ), целью которого было выявление значимых генетических связей и лучшее понимание биологии этого заболевания.

Полногеномное ассоциативное исследование (GWAS - Genome-Wide Association Study) – это метод исследования, направленный на выявление связей между геном человека и конкретными фенотипическими характеристиками или болезнями.

В рамках данного исследования были проанализированы данные 617,731 человек, из которых 25,355 столкнулись с болезнью Лайма. Диагностика опиралась на МКБ коды, полученные из национальных медицинских регистров Финляндии и Эстонии.

Результаты исследования

Для начала разберемся с тем, что из себя представляет GWAS анализ:

GWAS — это метод выявления генетических вариантов, связанных с определенными заболеваниями или чертами. Процесс включает в себя следующие этапы:

1. Набор участников: Сбор группы людей с заболеванием и контрольной группы без него.

2. Генотипирование: Анализ ДНК участников для определения частот однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) (место в ДНК, где у разных людей различается только один нуклеотид; это самый распространенный тип генетического различия между людьми).

3. Анализ данных: Сравнение частот SNP между больными и здоровыми для выявления статистически значимых ассоциаций.

4. Подтверждение результатов: Проверка нахождений с использованием других выборок для валидации связей.

5. Дальнейшее изучение: Изучение функций и биологических путей идентифицированных генетических вариантов.

GWAS помогает установить, какие гены могут играть роль в развитии болезни или формировании определенных черт.

Таким образом, в ходе GWAS исследования, связанного с болезнью Лайма, были выявлены три генетических участка (локуса), которые потенциально влияют на риск развития заболевания. 

Генетические локусы — это определенные участки на хромосомах, где располагаются гены или последовательности ДНК, которые имеют биологическую роль. В контексте генетики, термин "локус" часто используется для обсуждения конкретной мутации или вариации в определенной ДНК-последовательности. 

Один из ключевых локусов, (ожидаемо) обнаруженных в этом исследовании, находится в области человеческого лейкоцитарного антигена – HLA на шестой хромосоме, который традиционно связывают с риском развития различных инфекционных и аутоиммунных заболеваний.

В ходе дальнейшего исследования определили, что именно локусы HLA класса II, связаны с более высоким риском болезни Лайма, а конкретнее ген HLA-DQB1. Он  оказался наиболее близким к областям, связанным с заболеванием в обеих исследуемых популяциях. Это говорит о том, что HLA-DQB1 может играть важную роль в реакции на возбудитель болезни Лайма, и может способствовать повышенной восприимчивости к этому заболеванию. 

Локусы класса II HLA известны тем, что они представляют антигены помощникам Т-лимфоцитам, которые важны для регулирования иммунного ответа.

Кроме того, в исследовании была замечена связь с генами рецепторов TLR1. 

TLR1, или Toll-подобный рецептор 1, — это белок, который участвует во врожденной иммунной системе человека. Этот рецептор находится на поверхности иммунных клеток и помогает им распознавать специфические паттерны, встречающиеся у многих патогенов, известные как патоген-ассоциированные молекулярные структуры (PAMP).

Также TLR1 сотрудничает с другими подобными рецепторами, такими как TLR2, для распознавания более широкого спектра патогенов. Мутации или генетические вариации в гене TLR1 могут влиять на чувствительность к определенным инфекциям, включая болезнь Лайма.

Таким образом, исследование показало, что болезнь Лайма может быть связана с определенными генетическими факторами риска, подкрепляя это ассоциациями с генами системы HLA и TLR. 

Однако самая сильная и значимая связь была обнаружена в локусе гена Secretoglobin family 1D member 2 (SCGB1D2). Вариант rs2232950 этого гена показал наиболее вероятную причинную связь с болезнью Лайма и ассоциировался с ней в данных обеих популяций.

Secretoglobin family 1D member 2 (SCGB1D2) — это белок, относящийся к семейству секретоглобинов, который организм обычно производит в определенных видах тканей, включая железы дыхательных путей. Секретоглобины представляют собой небольшие секретируемые белки, которые могут играть роль в различных процессах, таких как иммунный ответ, воспаление и защита слизистых.

Генетический вариант rs2232950 приводит к замене аминокислоты в белке SCGB1D2, что может искажать его структуру и мешать образованию димеров — структур, где два белка соединяются для выполнения определенных функций в организме.

Кроме того, в ходе исследования было обнаружено, что вариант SCGB1D2 rs2232950 ассоциируется не только с болезнью Лайма, но и с другими спирохетными инфекциями. 

Спирохетные инфекции — это группа заболеваний, вызванных бактериями из класса спирохет, который включает в себя длинные, тонкие, спирально закрученные микроорганизмы. К таким заболеваниям также относят: сифилис, лептоспироз, возвратный тиф.

Как оказалось, большинство госпитализированных пациентов с ассоциацией болезней, связанных со спирохетами, на самом деле имели болезнь Лайма, подтверждая особую роль найденной генетической мутации в развитии этого конкретного заболевания.

Дополнительный анализ включал проверку варианта на связь с различными категориями заболеваний, такими как клещевой энцефалит, кожные инфекции, сифилис и другие бактериальные заболевания. Однако, в итоге, не было найдено значимых ассоциаций гена SCGB1D2 с этими заболеваниями, что подчеркивает его потенциальную специфичность для болезни Лайма и уникальность в контексте других инфекционных заболеваний.

Так где же связь с потом?

Белок SCGB1D2, относящийся к семейству секретоглобинов, вырабатывается в коже и секретируется клетками потовых желез. Хотя остальные члены этого семейства в основном найдены в тканях верхних дыхательных путей, используя данные проекта GTEx, было установлено, что SCGB1D2 наиболее интенсивно вырабатывается в коже, независимо от воздействия солнца.

*Проект Genotype-Tissue Expression (GTEx) — это обширная исследовательская инициатива, целью которой является улучшение понимания генетической регуляции экспрессии генов в различных тканях человеческого тела и ее влияние на здоровье и болезни.

Учитывая, что кожа является первым барьером при воздействии боррелий, было важно узнать распределение SCGB1D2 по типам клеток кожи. Обзор данных одноклеточного секвенирования показал, что экспрессия SCGB1D2 специфична для клеток именно потовых желез. Это наводит на мысль, что SCGB1D2 может выделяться на поверхность кожи вместе с потом. Учитывая, что в человеческом поте уже были обнаружены антимикробные пептиды, существует вероятность, что SCGB1D2 тоже обладает антимикробными свойствами.

Подавляет ли рост Borrelia burgdorferi SCGB1D2?

Исследования показали, что белок SCGB1D2 может ингибировать рост бактерии Borrelia burgdorferi (Bb), возбудителя болезни Лайма. 

Эксперименты с использованием рекомбинантного белка SCGB1D2 подтвердили этот эффект: при концентрациях 8 и 16 мкг/мл наблюдалось значительное подавление роста бактерий, причем эффект был дозозависимым и сохранялся в течение 72 часов. 

Заметно также, что наличие белка снижало количество бактерий в исследуемой среде, что может свидетельствовать не только о подавлении их роста, но и о возможном бактерицидном действии SCGB1D2. Хотя точный механизм действия SCGB1D2 против Bb еще предстоит определить, наблюдения указывают на перспективность дальнейших исследований данного белка как потенциального антимикробного агента.

Как профилактика с помощью SCGB1D2 предотвращает внутрикожное заражение Bb in vivo

Чтобы проверить влияние SCGB1D2 на возможность инфицирования клещевым боррелиозом в живом организме, ученые провели эксперименты, впрыскивая мышам бактерии Borrelia burgdorferi (Bb), обработанные белком SCGB1D2. В качестве контроля использовали другой белок семейства секретоглобинов, SCGB3A1, который не ассоциируется с болезнью Лайма. Бактерии были генно модифицированы для экспрессии люциферазы.

Люцифераза — это белок, который умеет светиться при определенных обстоятельствах. Благодаря этому изменению ученые могут использовать специальное оборудование — систему визуализации в реальном времени (в данном контексте — In Vivo Imaging System, или IVIS), которая обнаруживает свет, вырабатываемый люциферазой, чтобы видеть, где находятся и как распространяются генетически модифицированные бактерии в организме животного непосредственно в процессе эксперимента.

Результаты показали, что предварительная обработка бактерий Боррелии белком SCGB1D2 предотвращала развитие инфекции: отмечалось значительное снижение количества бактерий в месте инъекции по сравнению с контрольной группой. К 10-му дню после заражения ученые не обнаружили признаков распространения инфекции у тех животных, которым вводили Bb, предварительно инкубированные с SCGB1D2. 

Таким образом, SCGB1D2, возможно, обладает профилактическими свойствами против болезни Лайма у мышей, что открывает новые перспективы для разработки методов предотвращения этой болезни.

Вывод

В настоящее время открыто и разработано множество замечательных антибиотиков, но почти за 50 лет исследования болезни Лайма, ученые практически не сдвинулись с мертвой точки. 10% заболевшим ныне существующие препараты не помогают, и для таких пациентов пока нет лечения.

Несмотря на то, что точно не известно, как белок подавляет рост бактерий, вызывающих болезнь Лайма, исследователи надеются использовать защитные способности белка для создания кремов для кожи, которые могли бы помочь предотвратить заболевание или лечить инфекции, которые не реагируют на антибиотики.

Надеюсь, что в ближайшем будущем исследователи разработают качественное лекарство, способное обеспечить выздоровление абсолютному большинству заболевших боррелиозом :)

Полное исследование Вы можете прочитать по ссылке.

На этом всё!

Спасибо за прочтение :) Будем ждать Вас в комментариях!