Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Биология»Содержание №44/2001

НОВОСТИ НАУКИ

Т.Н. ФИЛАТОВА

«Железные» белки менингококка и их роль в защите от инфекции

Проблема создания эффективной менингококковой вакцины, предупреждающей развитие этого тяжелого заболевания, остается актуальной до настоящего времени. Так, например, недавно были опубликованы данные о распространенности менингококковой инфекции среди студентов университетов в Великобритании. В среднем по стране заболеваемость менингитом составляла 13 случаев на 100 тыс. населения, но в ряде университетских городков она достигала 20 случаев на 100 тыс. При этом циркулировали в основном менингококковые штаммы серогруппы В, против которых нет надежных вакцинных препаратов.

Проблема менингита актуальна и для нашей страны. В период 1980–1988 гг. в Москве наблюдалось постоянное увеличение доли инфекций, вызванных В-менингококками (до 76%), а весной 1996 г. произошла резкая вспышка заболеваемости, вызванная А-менингококками, характерной особенностью которой было смещение среднего возраста больных в сторону взрослого и пожилого населения. Предполагается, что инфекция была занесена к нам из Вьетнама.

Сейчас успешно применяют не традиционные вакцины, созданные на основе ослабленных или убитых бактерий, а сконструированные с использованием молекулы полисахарида, содержащегося в капсуле менингококков А- и С-групп, т.е. молекул, которые узнаются иммунной системой человека и против которых синтезируются антитела. Но эти вакцины оказались совершенно непригодными для защиты детей грудного возраста, у которых иммунная система еще недостаточно развита, а также в том случае, когда инфекция была вызвана В-менингококками. Заболевания, вызванные именно В-штаммами, протекали с особенно серьезными осложнениями; например, у 64% больных детей наблюдались ярко выраженные нарушения функций нервной системы, а в 48% случаев менингита у взрослых требовались реанимационные меры.

Поэтому сейчас во многих лабораториях мира ведутся работы по изучению менингококковых белков, которые могли бы использоваться в качестве антигенов (молекулы-«метки», которые узнаются иммунной системой) для конструирования эффективных менингококковых вакцин, и в первую очередь В-группы.

Рис. 1. Схема строения клеточной стенки менингококка

Рис. 1. Схема строения клеточной стенки менингококка

Как известно, наружная мембрана клеток менингококков содержит большое количество различных белков, некоторые из которых обладают антигенными свойствами (рис. 1). Вырастив культуру менингококков на искусственной питательной среде и обработав клетки детергентами или кратковременным (в течение 5 мин) нагреванием для разрушения белок-липидных и белок-белковых взаимодействий в клеточных мембранах бактерий, можно выделить мембранные белки. Анализ белкового состава мембран менингококков методом электрофореза позволяет выделить более 40 различных белков, каждый из которых выполняет свою функцию.

В последнее время исследователей особенно привлекают «железные», или, правильнее, железорегулируемые, белки менингококков. Что же они собой представляют?

Менингококкам, как и большинству других микроорганизмов, необходимо, чтобы среда, в которой они растут, содержала железо. Как же добывают железо менингококки, попав в организм человека? Здесь источниками железа являются такие белки, как лактоферрин, трансферрин и гемоглобин. В этих белках железо удерживается очень прочно, поэтому менингококки находятся в «стесненных» обстоятельствах. Если в организме человека идет инфекционный процесс, количество свободного железа в нем уменьшается – это один из способов его борьбы с инфекцией.

И тогда начинает работать общая закономерность, смысл которой можно упрощенно сформулировать так: действие равно противодействию. В данном случае чем меньше концентрация железа в среде, тем больше механизмов его добывания включают микробы. Так, они начинают интенсивно синтезировать специальные белки-рецепторы, которые обладают большим сродством к свободному железу и связывают его.

На наружной мембране менингококка (и родственного ему гонококка) появляются следующие три вида белков-рецепторов, специфичных к отдельным железосодержащим белкам человека:

– трасферринсвязывающие белки типов А и В (TbpA и TbpB);
– лактоферринсвязывающие белки типов А и В (LbpA и LbpB);
– гемоглобинсвязывающие белки (HmbR и HpuA/B).

Вне организма такие белки интенсивно синтезируются менинигококками при культивировании на искусственной питательной среде с дефицитом (недостатком) железа. Эти белки и называются железодефицитными, или железорегулируемыми, белками.

Различные штаммы менингококков синтезируют железорегулируемые белки, различающиеся по молекулярной массе и свойствам.

5.gif (3304 bytes)На рис. 2 представлена картина электрофореза белков наружной мембраны менингококка (штамм В125), который выращивали в условиях избытка (Fe+) и недостатка (Fe) железа в среде. Как видно, в условиях недостатка железа синтезируется восемь железорегулируемых белков, из которых доминируют два: один (FbpA) – с молекулярной массой 34 кДа, а второй (FгрВ) – с молекулярной массой 70 кДа.

Рис. 2. Электрофоретическая картина мембранных белков менингококков (штамм В125) при культивировании в условиях недостатка (Fe) и избытка (Fe+) железа. К – контрольная смесь белков с соответствующими молекулярными массами; * – 8 железорегулируемых белков менингококков; ·– два количественно доминирующих белка: 34 кДа и 70 кДа

Процесс усвоения железа клеткой менингококка сложен, и нам о нем пока известно очень мало. На основании целого ряда опытов сформулирована гипотеза поступления железа в клетку микроба с участием железорегулируемых белков.

На начальной стадии процесса усвоения железа из трансферрина действуют два микробных белка, образующих с трансферрином комплексы и отбирающих у него железо. Эти белки расположены во внешней мембране клетки менингококка. Связав железо, они передают его другому белку, задача которого состоит в переносе железа через периплазматическое пространство (между внешней и цитоплазматической мембранами) к цитоплазматической мембране. По-видимому, на следующей стадии переноса железа включается новый белок, который принимает железо от предыдущего белка и переносит его через цитоплазматическую мембрану внутрь клетки.

Чем же особенно привлекают эти белки внимание разработчиков менингококковой и гонококковой вакцин?

Прежде всего в условиях дефицита железа железорегулируемые белки экспрессируются (включается работа генов, которые кодируют эти белки и начинается их синтез) в больших количествах, обладают высокой иммуногенностью и индуцируют синтез защитных антител, способных тем или иным путем уничтожить внедрившиеся микробы. Дополнительным преимуществом включения железорегулируемых белков в состав вакцины является то, что специфические к ним антитела, возможно, смогут блокировать процесс утилизации железа, следовательно, блокировать и процесс размножения этих бактерий, а значит, препятствовать развитию инфекционного заболевания.

Чтобы оценить роль различных железорегулируемых белков в защите от менингококковой инфекции, очевидно, необходимо иметь данные о развитии иммунного ответа in vivo, т.е. у больных на разных стадиях заболевания. Для сравнения нужно также иметь сведения о наличии антител к указанным белкам в контрольной группе здоровых людей.

Недавно в НИИ вакцин и сывороток им. И.И. Мечникова было проведено исследование сывороток крови здоровых людей на наличие в них специфических антител к железорегулируемым белкам менингококка. Совершенно неожиданно для исследователей оказалось, что специфические антитела к различным железорегулируемым белкам менингококка присутствуют в большинстве сывороток здоровых людей, причем встречаемость этих антител зависит от природы того или иного железорегулируемого белка, а также от возраста индивидуума.

На рис. 3 показано, к каким железорегулируемым белкам менингококков встречаются антитела в сыворотках здоровых людей и какова частота их встречаемости. Специфические антитела обнаруживаются к тринадцати железорегулируемым белкам менингококков с различной молекулярной массой. Обратите внимание, что при электрофорезе белков того же штамма менингококков (рис. 2) обнаруживается только восемь полос. Это не ошибка. Метод определения количества разнообразных белков с помощью антител, так называемый метод иммуноблоттинга, более чувствителен по сравнению с методом электрофореза и позволяет обнаруживать белки, которые присутствуют в микробе в очень незначительных количествах (минорные белки).

Рис. 3. Специфические антитела к различным железорегулируемым белкам менингококков в сыворотках здоровых доноров

Рис. 3. Специфические антитела к различным железорегулируемым белкам менингококков в сыворотках здоровых доноров

Как видно (рис. 3), антитела к белку 70 кДа встречаются практически во всех исследованных сыворотках здоровых людей. Чем же это можно объяснить?

Оказывается, что в антигенной детерминанте белка (том участке, который определяет его антигенные свойства) содержатся эпитопы (иммунологически активные последовательности аминокислот), одинаковые с эпитопами возбудителей других инфекционных болезней. Так, общие эпитопы имеются в менингококковых железорегулируемых белках 70 кДа и белках бактерии моракселлы, возбудителя таких заболеваний, как отиты, гаймориты, конъюнктивиты.

Встречаемость антител к вышеупомянутому белку 70 кДа не зависит от возраста человека. На рис. 4 показано, что специфические антитела к этому белку присутствуют даже у совсем маленьких детей – от 1 года до 5 лет.

Рис. 4. Встречаемость в сыворотках доноров антител к двум железорегулируемым белкам менингококков (34 кДа и 70 кДа) в зависимости от возраста

Рис. 4. Встречаемость в сыворотках доноров антител к двум железорегулируемым белкам менингококков (34 кДа и 70 кДа) в зависимости от возраста

Совсем другая закономерность наблюдается для железорегулируемого белка 34 кДа. Реже всего специфические антитела к этому белку встречаются у совсем маленьких детей, чаще – у подростков и в наибольшей степени – в сыворотках крови взрослых. Но даже у взрослых специфические антитела к белку 34 кДа встречаются не во всех, а только в 30% исследуемых сывороток. Значит, с возрастом увеличивается число людей, имеющих антитела к железорегулируемому белку 34 кДа.

Это может быть связано с тем, что белок 34 кДа является общим белком для всех микроорганизмов рода Neisseria, к которому относятся гонококк (возбудитель гонореи), моракселла (возбудитель отитов и конъюнктивитов) и др. Поэтому антитела к железорегулируемому белку 34 кДа будут регистрироваться у носителей как менингококка, так и других микробов из рода Neisseria.

Имеются данные о том, что специфические антитела к железорегулируемому белку 34 кДа являются бактерицидными, т.е. способны обезвреживать соответствующие бактерии. Поэтому можно предположить, что у людей с достаточно высоким титром этих антител снижена восприимчивость к менингококковой или гонококковой инфекции, и следовательно, им не обязательно вводить менингококковую вакцину. Таким образом, титр антител к железорегулируемому белку 34 кДа может стать основой для выборочной, «селективной» иммунизации населения. Это особенно важно для людей, склонных к аллергии, у которых введение вакцины может вызвать нежелательную аллергическую реакцию.

 

Рейтинг@Mail.ru