Науковці з Університету Джонса Гопкінса з’ясували, як токсин кишкової бактерії Bacteroides fragilis прикріплюється до клітин товстої кишки та починає їх пошкоджувати. Дослідники виявили білок, який слугує для нього своєрідною точкою входу, а потім створили молекулярну приманку, здатну перехоплювати токсин. В експериментах на мишах цей підхід захистив тканини кишківника від його шкідливої дії.
Результати дослідження опублікували в журналі Nature. Відкриття може стати основою для майбутніх методів профілактики або лікування захворювань, пов’язаних із бактеріальними токсинами, зокрема тих, що підвищують ризик розвитку колоректального раку. Однак поки що метод перевіряли лише в лабораторних умовах і на тваринах.
Як кишкова бактерія може сприяти розвитку пухлин
Bacteroides fragilis — бактерія, яку можна виявити в кишківнику частини здорових людей. Сама її присутність не означає, що людина захворіє на рак. Проблему становлять окремі штами, здатні виробляти токсин BFT.
Він може пошкоджувати захисний шар товстої кишки, спричиняти запалення та створювати умови, які сприяють розвитку пухлин. Ще у 2009 році дослідницька група під керівництвом Синтії Сірс із Джонса Гопкінса показала, що цей токсин здатний стимулювати утворення пухлин у товстій кишці.
Науковці також раніше встановили, що BFT руйнує білок E-кадгерин. Він допомагає сусіднім клітинам утримуватися разом і підтримувати цілісність захисного бар’єра кишківника.
Проте залишалося незрозумілим, як саме токсин знаходить клітину та прикріплюється до неї. Дослідники знали, що BFT впливає на E-кадгерин, але не виявляли безпосереднього зв’язку між цими двома молекулами.
Білок, який допомагає токсину атакувати клітини
Щоб знайти відсутню ланку, команда використала технологію редагування генів CRISPR. За її допомогою науковці послідовно вимикали різні гени в клітинах епітелію товстої кишки та перевіряли, як це впливає на здатність токсину прикріплюватися до них.
Особливу увагу привернув ген, який відповідає за вироблення білка клаудину-4. Він бере участь у формуванні щільних контактів між сусідніми клітинами та допомагає підтримувати кишковий бар’єр.
Коли дослідники вимкнули цей ген, токсин BFT більше не міг ефективно зв’язуватися з клітинами. Без початкового контакту він не міг перейти до наступного етапу атаки — пошкодження E-кадгерину. Додаткові лабораторні експерименти підтвердили, що BFT безпосередньо взаємодіє з клаудином-4, утворюючи міцний молекулярний комплекс.
Це відкриття здивувало команду: науковці очікували, що токсин використовує рецептор, пов’язаний із передаванням сигналів усередині клітини. Натомість його точкою прикріплення виявився білок, основна функція якого — підтримувати фізичні зв’язки між клітинами.
Молекулярна приманка перехоплює токсин
Визначивши білок-рецептор, дослідники змогли запропонувати спосіб перешкодити токсину атакувати кишківник. Вони створили розчинний білок-приманку, до складу якого увійшли фрагменти клаудину-4. Його завдання — зв’язувати BFT раніше, ніж той дістанеться до клітин кишки.
Ідею перевірили в експериментах на мишах. Результати показали, що токсин справді міг прикріплюватися до молекулярної приманки замість того, щоб взаємодіяти з рецепторами на поверхні клітин. У такий спосіб дослідникам вдалося захистити тварин від пошкоджень, спричинених BFT.
Це важливий результат, адже стратегія спрямована не на усунення наслідків дії токсину, а на блокування його першого кроку — прикріплення до клітин.
Чи допоможе відкриття запобігати раку
Попри обнадійливі результати, до створення готового лікування ще далеко. Експерименти продемонстрували захист мишей від пошкодження тканин, але не довели, що молекулярна приманка здатна запобігати розвитку колоректального раку.
Дослідникам також потрібно точніше з’ясувати, як саме клаудин-4 і BFT взаємодіють на молекулярному рівні. Це допоможе створити ефективніші сполуки, які блокуватимуть токсин. Команда вже вивчає можливість розроблення малих молекул та інших біологічних препаратів для цієї мети.
Якщо подальші дослідження підтвердять безпечність і ефективність підходу, він потенційно може стати основою для нових методів боротьби з наслідками дії бактеріальних токсинів.
Наразі головне досягнення роботи — визначення раніше невідомої точки прикріплення BFT. Це дало науковцям можливість не лише краще зрозуміти механізм пошкодження кишківника, а й уперше експериментально перехопити токсин до того, як він завдасть шкоди клітинам.