В кишечнике млекопитающих обнаружен антимикробный белок широкого спектра действия

Поверхности дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) млекопитающих густо заселены микроорганизмами. Чтобы предотвратить колонизацию патогенами и развитие инфекции, слизистые оболочки продуцируют защитные молекулы, в том числе лектины — белки, которые распознают гликаны на поверхности клеток. Ученые из США выяснили, что один из этих лектинов, известный как интелектин-2, обладает антимикробной активностью широкого спектра и сдерживает рост бактерий, способных колонизировать ЖКТ. 

Уже известно, что при воспалительных реакциях, опосредованных Т-хелперами 2 типа (Th2), может индуцироваться экспрессия интелектинов. Авторы проанализировали ее регуляцию на мышиной модели воспаления кишечника. Оказалось, что интерлейкины IL-4 и IL-13, ассоциированные с Th2, селективно индуцируют экспрессию мышиного интелектина-2 (mItln2) в тканях тонкой кишки.

Т-хелперы 2 типа участвуют в иммунной реакции на паразитов. При инфекции кишечника паразитическими нематодами бокаловидные клетки секретируют муцины. Инкубировав mItln2 c муцинами ЖКТ, ученые обнаружили прочное связывание и полимеризацию муцинов. Под действием mItln2 в слизи, секретируемой клетками желудка, формировались кросс-сшивки, причем для этого требовались ионы кальция.

Структурный анализ сайта связывания показал, что mItln2 распознает в составе гликанов остатки β-D-галактопиранозы.

Исследователи также предположили, что mItln2 способен связывать бактериальные клетки. Методами проточной цитометрии и микроскопии они продемонстрировали, что mItln2 прочно связывается с грамположительными и грамотрицательными бактериями из фекалий мышей. Как и в случае с муцинами, это связывание было кальцийзависимым, что указывает на его гликан-опосредованный характер.

Дальнейшие опыты показали, что mItln2 обладает двойной функцией — он не только связывает бактерии, но и повреждает их мембраны. Ученые обнаружили, что mItln2 снижал жизнеспособность Limosilactobacillus reuteri и Bacillus paramycoides, а также различных изолятов лактобацилл (Lactobacillus). Микроскопия выявила, что после обработки mItln2 целостность клеток L. reuteri нарушалась, и со временем в образце накапливались бактерии-«призраки», то есть пустые оболочки бактериальных клеток. 

Антимикробную активность mItln2 авторы подтвердили на распространенной грамотрицательной патогенной бактерии — Klebsiella pneumoniae. В бактериальной культуре mItln2 дозозависимо ингибировал рост клеток. Как выяснилось, этот лектин связывает бактериальные клетки за счет поверхностных гликанов и непосредственно повреждает мембраны, приводя к лизису бактерий. Такая активность специфична в отношении микробов — в культуре клеток млекопитающих лизиса под действием mItln2 не наблюдалось. 

Охарактеризовав мышиный интелектин-2, ученые перешли к человеческому (hItln2). Уже известно, что он конститутивно экспрессируется клетками Панета в тонком кишечнике, а также в легких. Авторы работы показали, что hItln2 связывает бактерии, обнаруживаемые в образцах человеческих фекалий, и функционирует как антимикробный белок. 

Чтобы оценить антимикробные свойства hItln2, ученые провели опыты на метициллинрезистентном золотистом стафилококке (MRSA). Обработка hItln2 снижала количество колониеобразующих единиц (КОЕ), причем эффект был дозозависимым. Аналогичное воздействие hItln2 оказывал на другие грамположительные бактерии в культуре, а также на грамотрицательную K. pneumoniae.

Таким образом, ученые описали эффекторную функцию интелектина-2 человека и мыши. Эти белки оказались галактозосвязывающими лектинами, которые играют защитную противомикробную роль. За счет распознавания поверхностных гликанов они напрямую связывают бактерии и индуцируют лизис их клеток, а также способствуют сшиванию муцинов, чтобы усилить защитный барьер слизистой оболочки. 

Антибактериальные хемокины связываются с анионными мембранными фосфолипидами 

Антимикробные пептиды архей не похожи на аналоги у животных и бактерий