Ученые выяснили, как токсин брюшного тифа захватывает механизмы восстановления ДНК и ускоряет старение клеток – прорыв, который может проложить путь к новым стратегиям борьбы с смертельной болезнью.
В рамках исследования специалисты Департамента биомедицинских наук при поддержке нового Института здоровой продолжительности жизни при Университете Шеффилда заразили клетки человека в лаборатории бактериальным возбудителем брюшного тифа – Salmonella typhi.
Используя флуоресцентные микроскопы, чтобы изучить, как токсин повреждает ДНК на молекулярном уровне, они обнаружили, что он вызывает особую форму повреждения ДНК; токсин захватывает механизмы восстановления ДНК и ускоряет старение клеток, делая их более восприимчивыми к инфекции. Со временем выделения из инфицированных клеток также могут вызывать старение в соседних клетках, что приводит к более быстрому старению на клеточном уровне.
Брюшной тиф – основная причина смерти в странах с низким и средним уровнем доходов, от которой ежегодно страдает 21 миллион человек и умирает 168 000 человек. Инфекционное заболевание представляет собой особую проблему в Южной Азии, где оно усугубляется устойчивостью к противомикробным препаратам и отсутствием эффективных вакцин и средств диагностики.
Чтобы вызвать брюшной тиф, бактериальный патоген Salmonella typhi выделяет токсин брюшного тифа, который повреждает клеточную ДНК. Наша ДНК постоянно находится под угрозой из-за факторов окружающей среды, таких как курение и ультрафиолетовое излучение, но у клеток обычно есть надежные машины для восстановления ДНК для борьбы с этими угрозами. В случае, если токсин брюшного тифа атакует наши клетки, именно эта функция ремонтной машины оказывается захваченной. Доктор. Анджела Иблер, сделавшая это открытие, назвала ответ на повреждение ДНК «КОЛЬЦО» – ответ, индуцированный генотоксином – в отношении одноцепочечных разрывов в двойной спирали ДНК клетки человека, которые накапливаются в виде кольцевидного узора.
Результаты, опубликованные в Nature Communications сегодня (6 сентября 2019 г.), потенциально могут позволить использовать связанное с токсинами клеточное старение в качестве биомаркера, чтобы помочь в более ранней диагностике и более быстром лечении больных брюшным тифом.
Доктор. Дэниел Хамфрис, возглавлявший исследование Департамента биомедицинских наук, сказал: "Наши результаты показали, что патогенные бактерии могут ускорять клеточное старение через токсин и использовать это в своих интересах для создания инфекций. Это имеет смысл, поскольку с инфекциями часто труднее бороться и восстанавливаться по мере старения, что отчасти связано со старением клеток, но тот факт, что бактериальные патогены нацелены на это явление, является неожиданным.
Профессор Шериф Эль-Хамиси, заместитель директора Института здоровой продолжительности жизни Шеффилдского университета из отдела молекулярной биологии и биотехнологии, который руководил работой, сказал: "До сих пор оставалось загадкой, как тифозный токсин Salmonella typhi способствует развитию инфекции. Если мы хотим бороться с брюшным тифом, понимание того, как токсин вызывает разрывы в ДНК человеческих клеток и способствует развитию инфекции, является ключевым моментом, и мы надеемся, что эта находка станет первым шагом в разработке новых стратегий борьбы с брюшным тифом, от которого страдают некоторые из наиболее уязвимых в мире. сообщества."
В настоящее время не существует рутинной диагностики брюшного тифа, который в клинике часто путают со смертельными лихорадками, такими как малярия и денге. Как следствие, пациенты получают отсроченную антибактериальную терапию, что вызывает клинические осложнения. Лучшая диагностика улучшит клинические диагнозы и позволит ускорить лечение, а также поможет исследователям количественно оценить масштабы брюшного тифа в эндемичных условиях, что необходимо для того, чтобы убедить правительства реализовать программы общественного здравоохранения / вакцинации.
Работа знаменует собой первое исследование с участием Института здоровой продолжительности жизни при Университете Шеффилда. Институт объединяет 120 исследователей мирового уровня из самых разных дисциплин с целью замедления процесса старения и борьбы с глобальной эпидемией мультиморбидности – наличия двух или более хронических состояний – в стремлении помочь всем жить более здоровым, независимая жизнь дольше и снижает стоимость ухода.
Теперь исследователи надеются продолжить изучение того, как это открытие может быть использовано, чтобы помочь нам диагностировать и лечить брюшной тиф, а также определить, является ли фенотип RING признаком других заболеваний, связанных с повреждением ДНК, таких как рак.