Это открытие может помочь объяснить, как сифилис может скрываться в организме в течение десятилетий, тем самым сводя на нет попытки иммунной системы искоренить его. Это также может объяснять способность бактерии повторно заражать людей, которые были ранее заражены и должны были приобрести некоторый иммунитет к этой болезни.
Хотя сифилис по-прежнему легко лечится пенициллином, уровень заболеваемости в США за последние два десятилетия неуклонно возрастал. В 2018 году число случаев заражения в США превысило 115 000 человек. Во всем мире насчитывается около 6 миллионов новых случаев сифилиса среди взрослых. Инфекция является причиной около 300 000 случаев смерти плода и новорожденных ежегодно. Однако, несмотря на его важность в качестве причины заболевания, относительно мало известно о биологии Treponema pallidum.
Одна из причин — до недавнего времени выращивать его в лабораторных условиях было невозможно. Как следствие, многие из лабораторных инструментов, используемых для изучения других бактерий, не были специально разработаны для сифилиса.
В новом исследовании ученые сравнили геномы бактерий сифилиса, собранные у человека, который был инфицирован четыре раза. Он попал в UW Medicine исследование аномалий спинномозговой жидкости у лиц с сифилисом, проведенное доктором Кристиной Марра, профессором неврологии. Образцы были взяты из его крови во время двух инфекций, которые произошли с интервалом в шесть лет. Между этими инфекциями он был инфицирован и лечился еще два раза.
Исследователи хотели выяснить, есть ли различия между геномами бактерий от первой и последней инфекции. Эти различия могут показать, как изменились гены бактерий и как эти изменения могли позволить бактериям заразить человека, иммунная система которого уже видела, и вырабатывать иммунный ответ на несколько различных штаммов сифилиса. Удивительно, но исследователи обнаружили, что было очень мало изменений между геномами из двух разных образцов, за исключением одного гена.
«На примерно 1,1 миллиона оснований, составляющих геном бактерии, всего было около 20 изменений. Это очень мало. Но в этом одном гене мы увидели сотни изменений».
Доктор Алекс Гренингер, доцент кафедры лабораторной медицины в Медицинской школе UW.
Этот ген, называемый геном повторения Treponema pallidum K (tprK), обеспечивает инструкции по синтезу белка, обнаруженного на поверхности бактерии. Белки на поверхности бактерии, как правило, легче обнаруживаются иммунными клетками и поэтому часто являются основными целями иммунной атаки.
Сначала исследователи показали, что TprK генерирует значительное разнообразие в семи отдельных областях, в которых последовательности ДНК из других частей генома бактерии можно менять местами. Этот процесс называется преобразованием генов. Работа в их лаборатории показала, что бактериальные клетки с новыми вариантами tprK могут уклоняться от иммунного ответа, вызывая постоянную инфекцию, которая может привести к поздним стадиям сифилиса.
Эта бактерия имеет в своем геноме «колоду карт», из которой она может взять и разыграть эти вариабельные области, существенно меняя белки на «своей руке». Эти замены изменяют внешний вид белка на поверхности, что позволяет ему ускользать от иммунной системы.
«Есть множество других бактериальных геномов, и они намного интереснее, чем ген трепонемы, за исключением этого одного гена. Он может генерировать поразительное количество разнообразных последовательностей в этих вариабельных областях, не нарушая способность белка функционировать».
Амин Аддетия, одна из авторов исследования.
Хотя бактерии, вирусы и паразиты могут иметь много белков на своих поверхностях, которые иммунная система могла бы обнаружить и атаковать, во многих случаях только один белок, кажется, привлекает большую часть внимания. Такие белки называются иммунодоминантными.
По словам Гренингера, они могут защитить бактерию, привлекая внимание иммунной системы. Белок действует как отвлечение, которое отвлекает иммунную систему от белков, которые могут быть ахиллесовой пятой бактерии. Потребуется дополнительная работа, чтобы определить, так ли это в случае TprK.
Полученные результаты могут помочь исследователям разработать вакцины, которые позволят иммунной системе либо более эффективно атаковать TprK, либо игнорировать TprK и нацеливаться на другие, менее вариабельные белки сифилиса.