Медицинская энциклопедия г. Москвы

Единая медицинская справочная
122

Госпитализации граждан РФ
в стационары Москвы по ОМС
+7 (495) 587-70-88
Горячая линия проекта "Москва-столица здоровья"

Аутоиммунные заболевания когда иммунитета слишком много

Июл 18, 2016

Мы слышали, что многие недуги появляются из-за ослабленного иммунитета. Стоит защитным силам организма перестать выполнять свои функции, как тотчас же «враги» — будь то вирусы, бактерии или даже раковые клетки — подорвут здоровье. Поэтому иммунную систему предлагается всячески укреплять: при помощи закаливания, витаминов, регулярных спортивных тренировок или даже лекарственных препаратов-иммуностимуляторов.

Между тем в индустриально развитых странах в последние десятилетия наблюдается обратная напасть: скачкообразный рост так называемых аутоиммунных заболеваний, к которым относят псориаз, рассеянный склероз, системную красную волчанку, астму и другие опасные для жизни состояния.

Аллергия стала едва ли не привычной проблемой для многих семей с маленькими детьми — а ведь поколение наших родителей сталкивалось с крапивницей, дерматитом и аллергическим ринитом гораздо реже. Виновник ситуации — все та же иммунная система: в каждом из подобных случаев причиной болезни является «гражданская война» внутри организма, когда одни клетки нападают на другие, принимая своих за чужаков. При этом ограничить нездоровую активность иммунитета, как выяснилось, еще сложнее, чем его стимулировать.

Читайте также:
Первичные иммунодефициты

Несмотря на усилия врачей, лечение аутоиммунных заболеваний — процесс долгий и не всегда успешный, иногда рассчитывать на полное излечение и вовсе не приходится. Потому предлагаю поговорить о причинах «восстания иммунитета».

Почему иммунитет выходит из-под контроля

Посмотрите на список лауреатов Нобелевской премии по физиологии и медицине, начиная с первого года ее вручения в 1901 году, — вы удивитесь количеству наград, присужденных за открытия в области иммунной системы. Неудивительно: наш иммунитет устроен настолько сложно, что многие его механизмы по-прежнему не описаны. Например, ученые не могут дать однозначного ответа на вопрос о взаимосвязи между ростом социального благополучия населения и эпидемией аутоиммунных заболеваний. Существует несколько версий происходящего.

1. Молекулярная мимикрия

Одно из объяснений — сходство отдельных белков или аминокислотных последовательностей, являющихся частью вирусов или бактерий, со структурами на поверхности наших собственных тканей. В результате выходит трагическая неразбериха: «полицейские» — Т-клетки иммунитета, — используя описание «преступника» — информацию об антигене, — нападают на «добропорядочных граждан» — клетки поджелудочной и щитовидной железы, мышечную и суставную ткань и другие структуры тела, — вызывая такие недуги, как аутоиммунный тиреоидит, миастению, ревматоидный артрит и т. д.

Почему в соответствии с теорией молекулярной мимикрии аутоиммунных заболеваний становится все больше? Предположительно — из-за злоупотребления антибиотиками, которое приводит к затяжным бактериальным инфекциям, что в сочетании с патологией иммунитета приводит к ошибкам в работе системы «свой-чужой».

2. Гигиеническая теория

Аутоимунные заболевания

«Ребенок должен наесться грязи», — говорят опытные педиатры, предостерегая молодых родителей от чрезмерной зацикленности на чистоте. Бесконечная стерилизация бутылочек, обработка любых домашних поверхностей антисептиками, кипячение детских вещей и тотальный контроль за маленьким непоседой: не дай бог возьмет в рот упавшую на пол погремушку или поцелует кота!

Разумеется, кишечная инфекция — не лучшее событие в жизни малыша, но, с другой стороны, изоляция растущего организма от окружающей среды приводит к поломкам в иммунной системе. Неслучайно деревенские дети, привыкшие с малых лет контактировать с домашними животными и много времени проводить на улице, болеют аллергиями и аутоиммунными заболеваниями гораздо реже городских.

3. Наши друзья паразиты

Популярным направлением в современной медицине является борьба с паразитарными заболеваниями — считается, что по вине этих коварных червячков, уютно обосновавшихся в нашем желудочно-кишечном тракте или желчных протоках, мы страдаем от необъяснимой усталости, кожного зуда, несварения желудка или чрезмерной худобы.

Меж тем сосуществование человека и паразитов на протяжении веков определяло правильный баланс нашего иммунитета. Подобно тому, как кишечные бактерии способствуют перевариванию пищи, паразиты ответственны за поддержание иммунной системы в тонусе. В подтверждение гипотезы приводится следующий факт: искоренение одного из видов паразитарной инфекции — нематодоза — во Вьетнаме привело к стремительному росту случаев аллергии на пылевых клещей среди детей.

4. Синдром «протекающего кишечника»

Согласно теории, выдвинутой в 2000 году итальянским врачом Алессио Фасано, нарушение проницаемости кишечника, вызванное патологической активностью белка зонулина, приводит к сахарному диабету 1-го типа и целиакии (болезни кишечника, связанной с патологией переваривания некоторых белков).

Если зонулин чрезмерно активен, в кишечник через щели в эпителии попадает слишком много антигенов, и как следствие — иммунная система не справляется с наплывом неопознанных «гостей» и начинает «убивать» всех подряд, в том числе и этот самый эпителий. Неслучайно такие серьезные аутоиммунные патологии, как болезнь Крона и неспецифический язвенный колит, поражают именно нижние отделы желудочно-кишечного тракта, проявляясь воспалением слизистой и нижележащих слоев.

Вероятно, эти теории покажутся вам сложными для восприятия, но надо понимать: аутоиммунные состояния — актуальная проблема, с каждым новым поколением число людей, страдающих из-за «взбесившегося иммунитета», будет лишь расти. И будем надеяться, что вскоре способы профилактики и лечения данной группы болезней станут столь же широко известны, как и в случае с привычными недугами — например, инфекциями или травмами.

Брат от другой матери – молекулярная мимикрия

Как вы помните, белки состоят из аминокислот. Давайте на минуту представим себе, что эти аминокислоты заменены деталями конструктора «Лего» разных форм и цветов. Вот перед нами цепочка «Лего», выстроенная в определенной последовательности, допустим, от пяти до десяти деталей в длину (рис. 8, 9).

Рис. 8. Длинная цепочка

Рис. 9. Короткая цепочка

Теперь представим себе другую такую же цепочку деталей «Лего», прикрепленную сверху на цепочку из гораздо большего количества деталей. Первые пять-десять деталей длинной цепочки идентичны деталям короткой. Давайте договоримся, что короткая цепочка – это АЗП, а длинная – бета-клетки вашей поджелудочной железы; именно там образуется инсулин. Если АЗП атакован иммунной системой и против него создано антитело (поскольку организм думает, что АЗП – бактерия или вирус), оно прикрепится не только к АЗП, но и к белку поджелудочной железы. Когда антитело АЗП прикрепится к вашей поджелудочной железе, оно вызовет массированную иммунную реакцию, направленную на этот орган. В результате железа будет поражена или разрушена, а вы заболеете диабетом первого типа. Если белок каким-то образом окажется на миелиновой оболочке вашего головного мозга, у вас может развиться рассеянный склероз.

Целиакия (глютеновая энтеропатия)

Многие люди знают, что такое целиакия. Это аутоиммунное заболевание, вызываемое глютеном, белком, имеющемся в пшенице, ржи, ячмене и просе. Также ясно, что определенную роль в развитии этой болезни играют лектины. Не вызывает сомнения, что другие аутоиммунные заболевания, такие как ревматоидный артрит, волчанка, синдром Шегрена, рассеянный склероз и другие, чаще всего встречаются у больных целиакией. Тем не менее эта связь в большинстве случаев не принималась во внимание или считалась аномалией, пока совсем недавно исследователи не доказали ее существование.

Теперь мы понимаем, что АЗП и другие лектины в значительной степени влияют на трансглютаминазы. Трансглютаминазы – это ферменты, преобразующие любой белок в нашем организме. Так сколько белков преобразуется трансглютаминазами? Совершенно верно: все. Сердце, мозг, почки, репродуктивные органы. Но если лектины могут создать проблему с трансглютаминазами и если последние модифицируют все части нашего тела, чем это для нас чревато? Думаю, это очевидно – лектины могут негативно повлиять на систему каждого органа. Проблемы с деторождением, витилиго (состояние кожи, выражающееся в отсутствии пигмента меланина на отдельных участках), болезнь Хантингтона, нарколепсии – мы нашли сотни заболеваний, в которых лектины выступают в качестве причинного фактора. Наши исследования не только опираются на научные факты, мы были свидетелями излечения людей после изъятия из их рациона зерновых, бобовых и молочных продуктов. Мне не хочется заставлять вас делать это, но нам снова придется вернуться в кишечник.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Читайте также

ГЛАВА ТРИНАДЦАТАЯ Другой Шумахер

ГЛАВА ТРИНАДЦАТАЯ Другой Шумахер Постоянные сравнения с ним меня просто раздражают. Я устал слышать это. Я никогда не ощущал, что я в тени Михаэля. Я просто его младший брат. Михаэль идет своей дорогой, а я своей. Ральф Шумахер Ральф Шумахер – это совершенно иной

Перескок шара с одного стола на другой

Перескок шара с одного стола на другой Сущность трюка заключается в том, чтобы перебросить биток на второй стол, где «свой» положит прицельный в одну из луз.Для того чтобы выполнить трюк, необходимо предварительно тщательно отработать технику выполнения удара перескок

«…И ЕСЛИ ОДИН ГОВОРИЛ ИЗ НИХ «ДА», «НЕТ» — ГОВОРИЛ ДРУГОЙ…» (С)

«…И ЕСЛИ ОДИН ГОВОРИЛ ИЗ НИХ «ДА», «НЕТ» — ГОВОРИЛ ДРУГОЙ…»(С) Билардо и Менотти во время ЧМ-2006 работали комментаторами в разных аргентинских телекомпаниях, освещавших ход чемпионата в Германии — Билардо на Argentina TV, а Менотти на Televisa. Нет, они не комментировали конкретные

Брат Николай на тринадцать лет старше меня, но в детстве у меня не было друга ближе и вернее, чем брат. Коля умел терпеть все мои шалости, проказы. Он мне всегда казался очень сильным и ловким парнем. Брат охотно играл со мной во дворе в футбол, катался на лыжах и на

4.4. Другой уровень

4.4. Другой уровень Важно, чтобы в результате организм мог выдержать не краткосрочную экстренную физическую нагрузку, а без проблем выносил длительную, пусть и не такую значительную. Так что срываться с места в карьер и тренироваться с нуля — не лучший вариант.Для этого

Читайте также:  Для чего применяется мазь стелланин

ЧАСТЬ II. МОЙ БРАТ И Я

ЧАСТЬ II. МОЙ БРАТ И Я Эта часть книги во многом посвящена тем футболистам и фехтовальщикам, которые брали уроки у Аркадьевых, ибо ничто так верно не характеризует тренера, как достижения тех, кого он воспитал.И сквозь облики и судьбы их учеников, сквозь те уроки, что

Брат мой, друг мой

Брат мой, друг мой Вновь, как и 20 лет назад, они уходили с поля вместе, по дороге что-то обсуждая, о чем-то, возможно, споря. И диктор так же объявлял по стадиону: «Мяч забил Юрий Савичев. Мяч забил Николай Савичев». А я стоял у кромки поля и с ностальгическими чувствами смотрел

Вскармливание жеребенка без матери

Вскармливание жеребенка без матери История жеребенка, оставшегося без матери, всегда трагична, и от вас потребуются самые энергичные действия, чтобы он выжил. Прежде всего нужно попытаться найти суррогатную мать – в противном случае вам придется вскармливать малыша

Урок 9. Галоп и переходы с одного аллюра на другой

Урок 9. Галоп и переходы с одного аллюра на другой Итак, если Вы ездите облегченной рысью без стремян в течение 5 минут и при этом еще способны управлять конем, то наверняка вы уже испытали наслаждение от езды галопом. На галопе сидеть легче, чем на рыси. Толчки значительно

Глава III Старший брат

Глава III Старший брат — Весна! Весна! Начинаются каникулы, и можно больше не ходить в эту противную школу! — распевал Лин, перебрасывая из руки в руку кучку бабок.— Ну, а в музыкальной школе ведь нет каникул, молодой хозяин. Выучил ли ты уже песню «Крик, звучащий

Другой город. «Чепси» против «Тоттенхэма» Январь 1972 года

Другой город. «Чепси» против «Тоттенхэма» Январь 1972 года Я стал истинным поклонником «Арсенала» – часто бывал мрачным, замкнутым, подавленным, любил поспорить, – а отец предпочитал атмосферу «Стэмфорд Бридж». «Челси» – искрометная и непредсказуемая – была из тех

Никакой другой спортзал не пахнет так сладко, как твой любимый

Никакой другой спортзал не пахнет так сладко, как твой любимый Если ты только начинаешь заниматься смешанными единоборствами, прежде чем найти хорошего тренера, менеджера и приличного промоутера, ты должен потратить минимум год на интенсивные тренировки. (Каким образом

Бактерии, молчать! Как и зачем вносить помехи в межклеточное общение

Обзор

Бактерии любят поболтать, когда собираются в компании. В тесном коллективе они сговариваются, роиться им или скользить, светиться, размножаться или строить козни хозяевам.

рисунок (и далее в тексте ещё три) выполнен автором статьи

Автор
Редакторы

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Пристальное внимание микробиологов в последние десятилетия привлекает межклеточная коммуникация бактерий. Наиболее детально изучено «чувство кворума» (quorum sensing), открытое сначала у грамотрицательных, а затем и у грамположительных бактерий. Его известное проявление — биолюминесценция представителей рода Vibrio, зависящая от плотности бактериальной популяции. Оказалось, что «коллективизм» необходим для определенного вида движения микробных клеток, но самое главное: под контролем «чувства кворума» болезнетворные бактерии образуют пленки, труднодоступные для антибиотиков, и синтезируют факторы вирулентности. Так нельзя ли предотвращать развитие инфекций, воздействуя ингибиторами на системы микробного общения? Могут ли «химические глушилки» стать антимикробными препаратами нового поколения? И можно ли найти такие ингибиторы в природе?

Конкурс «био/мол/текст»-2015

Эта работа опубликована в номинации «Лучший обзор» конкурса «био/мол/текст»-2015.

Спонсором номинации «Лучшая статья о механизмах старения и долголетия» является фонд «Наука за продление жизни». Спонсором приза зрительских симпатий выступила фирма Helicon.

Спонсоры конкурса: лаборатория биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и студия научной графики, анимации и моделирования Visual Science.

Общий принцип действия

«Чувством кворума» называют способность некоторых микроорганизмов к общению посредством специфических сигнальных молекул, необходимому для координации действий членов сообщества. Любая система quorum sensing (далее — QS) включает в себя сигнальную молекулу (индуктор), рецептор, фактор транскрипции, и фермент, катализирующий синтез новых молекул индуктора. Иногда рецептор и фактор транскрипции представляют собой один и тот же белок. Среди транскрибируемых генов могут находиться последовательности, кодирующие факторы вирулентности или белки, необходимые для образования биопленки. Но самое главное то, что экспрессия гена синтазы сигнальных молекул тоже QS-зависима. В случае успешного взаимодействия сигнала с рецептором концентрация сигнальных молекул стремительно нарастает. Если взаимодействия не произошло, то нестабильная сигнальная молекула разлагается в окружающей среде. Именно поэтому коллективные действия микробной популяции возможны только при определенной концентрации сигнальных молекул. То есть популяция действует согласованно только тогда, когда собирается кворум. Бактерия может иметь и более одной системы QS для транскрипции различных генов: например, у Pseudomonas aeruginosa их три. У каждой из этих систем есть свой индуктор, срабатывающий при определенной «рабочей» концентрации (рис. 1).

Общий принцип quorum sensing

Рисунок 1. Общий принцип функционирования систем QS на примере систем первого типа. Транскрипция не активируется при недостаточном количестве сигнальных молекул (а) и активируется только при достижении их пороговой концентрации (б).

Таблица 1. Характеристики систем «чувства кворума»

Название системыСигнальная молекулаРецепцияЗапуск транскрипцииСинтазаУ кого встречается
Система первого типа (AI-1) [‎2], также известная как AHL-зависимая Ацилгомосеринлактоны (AHL) Гомологи белка LuxR Гомологи белков LuxI и AinS Грамотрицательные бактерии (в том числе холерный вибрион — Vibrio cholerae — и синегнойная палочка — Pseudomonas aeruginosa)
Система второго типа (AI-2) [3] Циклические производные дигидроксипентадиона (DPD) Поверхностный или внутриклеточный фермент c киназной активностью (LuxP, LsrB) Цитоплазматический фермент с фосфатазной активностью (дефосфорилирует сигнальную молекулу) Гомологи белка LuxS Впервые описана у Vibrio harveyi, затем обнаружена у многих грамположительных и грамотрицательных бактерий
Cистема третьего типа (AI-3) [4] Соединения, близкие по структуре адреналину и норадреналину Белки семейства Qse Неизвестно Сигнальные молекулы продуцирует хозяин (!) Представитель семейства Enterobacteriaceae (Escherichia coli, Salmonella)
Пептидная система регуляции [4] Короткие циклические регуляторные пептиды Гистидиновая киназа (у золотистого стафилококка — AgrC) + цитоплазматический регулятор Множество факторов транскрипции В синтезе участвуют продукты генов agrD (золотистый стафилококк) или fsrD (энтерококк) Грамположительные бактерии. Наиболее подробно изучены у Staphylococcus aureus и Enterococcus faecalis

Разные системы QS могут предназначаться для решения разных задач. Система первого типа приспособлена в первую очередь для внутривидового общения, система второго типа — для межвидового, а третьего — для взаимодействия с эукариотами! Приведенная в таблице 1 классификация весьма условна, так как в бактериальной клетке может быть несколько подобных сигнальных путей. Одна и та же бактерия может иметь системы QS для решения как «общих» вопросов, так и «специальных». Иногда остается лишь одна, «специальная» система. Кроме того, открываются всё новые и новые регуляторные пути. Совсем недавно была опубликована статья [5], в которой сообщается об открытии у Photorhabdus asymbiotica (патогена насекомых и человека) альтернативной системы QS, роль сигнальных молекул в которой выполняют диалкилрезорцинолы и циклогександионы. При этом рецепторный белок PauR относится к семейству LuxR-подобных белков, однако не обладает сродством к ацилированным гомосеринлактонам (AHL). По-видимому, «перенастройка» рецептора — результат коэволюции бактерии и хозяина.

Как вносить помехи в бактериальное общение?

Для того чтобы общаться с соседями, бактерия должна подавать сигнал, улавливать его при помощи особых рецепторов и отвечать на него — транскрибировать определенные гены. И каждую из этих трех стадий можно прервать, подобрав соответствующие ингибиторы. Если мы намерены в будущем применять наш ингибитор для лечения микробных инфекций, то для нас крайне важно, чтобы такое соединение не было токсичным для эукариотических клеток. Оно должно быть достаточно стабильным и специфичным именно против систем QS и не должно влиять на основные метаболические процессы в клетке. В противном случае бактерии смогут быстро обзавестись защитными механизмами — как это произошло в случае антибиотиков. Разобщенные бактерии хуже образуют биопленки, что делает их более уязвимыми как для иммунной системы, так и для антимикробных препаратов.

Ингибиторы продукции сигнала («кляп»)

Ингибиторы продукции сигнала

Такие вещества заставят бактерию замолчать в прямом смысле, так как клетка просто перестанет производить сигнальные молекулы. Зная путь биосинтеза индуктора, можно подобрать аналоги предшественников, которые будут нарушать работу ферментов-синтаз. Так, AHL синтезируются с участием LuxI-подобных и AinS-подобных синтаз из S-аденозилметионина (SAM) и ацильного остатка, который связан с белком-переносчиком АСР. Показана эффективность таких аналогов SAM, как S-аденозилгомоцистеин, S-аденозилцистеин и синефунгин в системах in vitro [6], [7]. За конечный этап биосинтеза АСР отвечает бактериальная редуктаза FabI, которая ингибируется триклозаном [8]. Исследование, проведенное в 2007 году, показало, что модификация пептидов-предшественников приводит к ингибированию пептидазы золотистого стафилококка [9]. Несмотря на такое разнообразие ингибиторов, этот подход представляется малоперспективным, так как бактерии смогут приобрести к ним устойчивость. Например, вышеупомянутый триклозан синегнойная палочка способна выкачивать при помощи специальных насосов [10].

Ингибиторы распространения сигнала («глушилка»)

Ингибиторы распространения сигнала

Если бактерию нельзя заставить просто замолчать, то можно — тоже с помощью химических агентов — значительно подпортить качество межклеточной связи. Перспективным инструментом могут быть ферменты, разлагающие сигнальные молекулы. В частности, AHL могут разлагаться лактоназами [11], ацилазами [12] и оксидоредуктазами. Эти ферменты необходимы бактериям для успешной колонизации ризосферы, где обитает много конкурентов. Есть и еще более удивительное обстоятельство: некоторые бактерии способны использовать AHL в качестве единственного источника углерода и энергии, то есть попросту питаться им [13]. Получается, что с помощью лактоназ бактерии «перехватывают сигналы», которые используют конкурентные виды [14]. Настоящим специалистом по захвату территории таким способом признан почвенный штамм Rhizobium sp. NGR234 [15]. Интересно, что ученые нашли способ заставить ферменты, входящие в состав системы QS, действовать наоборот [16]. У E. coli в цитоплазме есть киназа LsrK, фосфорилирующая сигнальную молекулу AI-2 (табл. 1). Если обработать культуру кишечной палочки этой киназой, то сигнальные молекулы будут фосфорилироваться во внешней среде и не смогут попасть внутрь клеток. Несмотря на внушительный перечень подобных ферментов, сообщений об эффективных антибактериальных препаратах, созданных на их основе, пока нет. Зато уже получены трансгенные растения, в которых встроен ген aiiA. Модифицированные таким способом картошка и табак намного устойчивее к инфекции, вызываемой Erwinia carotovora. Лактоназа AiiA сдерживает развитие «мягких гнилей», так как деградация растением AHL приводит к снижению активности бактериальных протеаз [14].

Ингибиторы рецепции сигнала («затычка»)

Ингибиторы рецепции сигнала

Итак, мы уже умеем заставить бактерию молчать, а также перехватывать сигналы, которые она посылает другим клеткам. А еще можно заставить бактерию не воспринимать посылаемые соседями сигналы. Для этого нам нужно ингибировать рецепцию за счет конкурентного связывания со специфическим сайтом рецептора. В случае AHL порой достаточно изменить (желательно в бόльшую сторону) длину ацильного хвоста сигнальной молекулы. Хвост можно сделать не только длиннее, но и жестче, обогатив его ненасыщенными связями. Также можно модифицировать и лактонные кольца молекул AHL [17]. Модифицированные индукторы могут быть как с широким, так и с узким спектром действия. Наибольшей избирательностью обладают производные сигнальных молекул АI-2. Нетоксичность их для клеток млекопитающих тоже является большим плюсом [18]. Некоторые исследователи, правда, сомневаются в их стабильности, в связи с чем предполагается использовать такие индукторы в виде эфирных производных или же в сочетании с другими ингибиторами QS [19].

Блокаторы природного происхождения

Не следует думать, что человек является в этой области первопроходцем. Системы бактериального общения уже давно служат мишенями для многочисленных природных соединений (рис. 2). Как и в случае природных антибиотиков, количество их огромно. О бактериальных лактоназах уже шла речь ранее. Ферменты животных (параоксаназы) также способны разлагать сигнальные молекулы. Однако в настоящее время наибольший спектр «антикворумных» препаратов получен именно из растений.

«Многочисленные природные соединения» в процессе эволюции научились выводить из строя и куда более сложные коммуникационные системы — например, нервную систему человека: «Яды — высокоточное оружие: компьютерное исследование природных нейротоксинов» [20]. — Ред.

Ингибиторы QS природного происхождения

Рисунок 2. Ингибиторы QS природного происхождения. а — Бромированный фуранон из водоросли Delisea pulchra. б — Пеницилловая кислота из грибов рода Penicillium. в — Циклическое серосодержащее соединение, выделенное из чеснока. г — Патулин из Penicillium. д — L-канаванин из люцерны усеченной (Medicago truncatula).

Фураноны

Фураноны — вторичные метаболиты красной водоросли Delisea pulchra. Причем растение-продуцент использует их по прямому назначению: таллом водоросли защищен от бактериального обрастания именно благодаря этим веществам [21]. В настоящий момент многочисленные производные фуранонов уже синтезированы химически. Их спектр действия поистине впечатляет: они способны ингибировать системы как первого, так и второго типа у самых разных бактерий, в том числе и патогенных — например, у синегнойной палочки. Тем не менее механизм их действия по-прежнему остается загадкой. Если раньше полагали, что фураноны блокируют рецепцию по принципу молекулярной мимикрии [22], то теперь появились данные, указывающие на неконкурентное ингибирование сенсорного белка [23]. Это показано в частности для рецептора LuxR системы первого типа. Еще одно достоинство фуранонов — их повышенная стабильность по сравнению с теми же производными DPD. Однако, несмотря на ряд достоинств, перспектива применения фуранонов ставится под сомнение, так как есть указания на их цитотоксичность [24].

Ингибиторы QS, вырабатываемые высшими растениями

В последние 10 лет появилось огромное количество работ, в которых сообщается о том или ином растительном экстракте, обладающем избирательным эффектом против систем QS. В таких случаях достаточно проделать несложный эксперимент с биосенсором, чтобы проверить, обладает растительный экстракт QS-ингибирующей активностью или нет. Среди таких биосенсоров особенной популярностью пользуется штамм Chromobacterium violaceum CV026. Бактерии этого штамма вырабатывают сиреневый пигмент виолацеин, причем его синтез находится под контролем сигнальной системы QS первого типа. Штамм CV026 не способен производить собственные сигнальные молекулы (ген AHL-синтазы испорчен вставкой транспозона), но при наличии сигнальных молекул в питательной среде он продуцирует пигмент, окрашивая эту среду. Ингибиторную активность оценивают по образованию светлых зон при сохранении бактериального роста на чашке. Можно использовать и другие сенсоры — например, специально сконструированных светящихся мутантов E. coli, — а активность ингибитора отслеживать по снижению биолюминесценции.

С помощью биосенсора CV026 была показана «антикворумная» активность большого числа растительных экстрактов, в том числе съедобных растений (цитрусовых, черники, клюквы, ванили) [25], [26], лекарственных (розмарина, куркумы) и даже кофеина [27]! Интересно, что многие из исследуемых растений применяются в традиционной медицине. Может быть, именно способность «выключать» кворум делает их столь полезными?

Очень часто исследование заканчивается на этой стадии (по сути, скрининговой), однако в ряде работ были сделаны попытки выделить нужный компонент из неочищенного растительного экстракта. Из чесночного экстракта, например, выделили аджоен (ajoene, 4,5,9-тритиододека-1,6,11-триен 9-оксид), а из экстракта хрена — иберин [25]. Первое соединение обладает выраженным антимикробным эффектом. Оба вещества способны блокировать работу AHL-зависимых систем синегнойной палочки. Аджоен также обладает выраженным антимикробным действием по отношению к представителям родов Klebsiella и Xanthomonas [28]. Эффективность аджоена значительно возрастает в сочетании с антибиотиком тобрамицином.

«Антикворумная» прививка

Среди ингибиторов QS животного происхождения особый интерес представляют моноклональные антитела [29], полученные с применением гаптенов (полуантигенов — соединений, способных вызывать синтез антител только в связке с другой молекулой), содержащих лактамное кольцо. Было показано, что иммунизация мышей, зараженных синегнойной палочкой, бычьим сывороточным альбумином, связанным с сигнальной молекулой (3-оксододеканоилгомосеринлактоном), приводит к существенному увеличению их выживаемости [30]. На появление в организме иммунизированных мышей специфических «антикворумных» антител указывала более низкая концентрация сигнальной молекулы в их крови в сравнении с теми животными, которые не получили «антикворумной» прививки. Особенная польза такой прививки заключается в предотвращении QS-зависимого синтеза факторов вирулентности. Помимо связывающих антител, можно использовать и каталитические, то есть те, которые ускоряют реакции гидролиза молекулы-мишени. Для этого определенным образом модифицируют вводимый гаптен. Например, использование сульфонов, имеющих структурное сходство по принципу молекулярной мимикрии с промежуточным комплексом в реакциях гидролиза AHL, позволяет получать антитела с гораздо более высокой активностью [31]. Антитела можно использовать не только против системы первого типа. Например, Джунгук Парк с коллегами разработал гаптен AP4-5, «мимикрирующий» под сигнальный пептид AIP-4 золотистого стафилококка [32].

Заключение

Несмотря на то, что структура сигнальных молекул у некоторых бактерий до сих пор не ясна, механизм бактериальной коммуникации уже известен. Путем синтеза de novo и из природных материалов получено огромное количество соединений, способных блокировать бактериальное общение на самых разных стадиях. «Антикворумные» препараты многими рассматриваются как альтернатива антибиотикам , как новое поколение лекарств будущего. Будем же реалистами: пока лишь малая часть подобных препаратов прошла клинические испытания. Эффективность большинства из них подтверждена пока только в системах in vitro. Но огорчаться не стоит: по самым оптимистичным прогнозам, масштабное применение ингибиторов QS — вопрос двух ближайших десятилетий. И словосочетание «постантибиотическая эра» встречается в научных обзорах всё чаще.

Альтернативу антибиотикам или инструменты борьбы с устойчивостью к ним ищут в разных направлениях. Об одном из них — разработке пептидов-диверсантов — рассказывает статья «Антимикробные пептиды — возможная альтернатива традиционным антибиотикам» [33]. — Ред.

Агрессивная мимикрия — Aggressive mimicry

Обманчивое подражание безобидному виду хищником удильщик-горбун использует модифицированный спинной позвоночник в качестве удочка с биолюминесцентной приманкой для привлечения и поимки добычи. A замаскированный хищник : снежный барс в Ладакх. Различие между агрессивной мимикрией и маскировкой хищника зависит от сигнала, подаваемого жертве, которую нелегко определить.

Агрессивная мимикрия — это форма мимикрии, в которой хищники, паразиты или паразитоиды разделяют схожие сигналы, используя безвредную модель, позволяющую им избежать правильной идентификации их жертвой или хозяином. Зоологи неоднократно сравнивали эту стратегию с волком в овечьей шкуре. В самом широком смысле агрессивная мимикрия может включать в себя различные типы эксплуатации, например, когда орхидея эксплуатирует мужское насекомое, подражая сексуально восприимчивой женщине (см. псевдокопуляция ), но здесь будет ограничиваться формами эксплуатации, включающими кормление. Альтернативный термин мимикрия Пекхэма (после Джордж и Элизабет Пекхэм ) был предложен, но используется редко. Метафора волка в овечьей шкуре может быть использована в качестве аналогии, но с оговоркой, что подражатели не намеренно обманывают свою добычу. Например, коренные австралийцы, которые одеваются и подражают кенгуру во время охоты, не будут считаться агрессивными имитаторами, равно как и человек рыболов, хотя они, несомненно, практикуют камуфляж самодекорирования. Отдельно рассматривается молекулярная мимикрия, которая имеет некоторое сходство; например, вирус может имитировать молекулярные свойства своего хозяина, предоставляя ему доступ к своим клеткам.

Агрессивная мимикрия в принципе противоположна защитной мимикрии, когда с мимикой обычно обращаются как с вредной. Мимик может напоминать свою добычу или какой-либо другой организм, который полезен или, по крайней мере, не вреден для добычи. Модель, то есть организм, которому «имитируется», может испытывать повышенную или пониженную приспособленность или может вообще не зависеть от взаимосвязи. С другой стороны, приемник сигнала неизбежно страдает от обмана, как и в большинстве мимикрических комплексов.

Агрессивная мимикрия часто предполагает, что хищник использует сигналы, которые привлекают к себе его потенциальную жертву, стратегия, которая позволяет хищникам просто сидеть и ждать, пока жертва подойдет к ним. Обещания еды или секса чаще всего используются как приманки. Однако этого не должно быть; пока истинная личность хищника скрыта, он может легче приблизиться к добыче, чем в противном случае. Что касается вовлеченных видов, системы могут состоять из двух или трех видов; в двухвидовых системах приемник сигнала, или «тупик», является моделью.

Что касается измерения визуального, различие между агрессивной мимикой и камуфляжем не всегда очевидно. Такие авторы, как Виклер, подчеркивали важность сигнала для его получателя, поскольку он отделяет мимику от маскировки. Однако нелегко оценить, насколько «значимым» может быть сигнал для обмана, и поэтому различие между ними может быть довольно нечетким. Могут использоваться смешанные сигналы: у агрессивных имитаторов часто определенная часть тела посылает обманчивый сигнал, а остальная часть тела скрыта или замаскирована.

Содержание

  • 1 Контраст с защитной мимикрией
  • 2 Классификация
    • 2.1 Заманчивание добычи
      • 2.1.1 Внешний вид пищи
      • 2.2.1 Бейтсиано-валасианское или добыча мимикрия
      • 2.2.2 Кирбьяна или мимикрия выводкового паразита

      Контраст с защитной мимикой

      Защитной Бейтсовской мимикой подобно этой журчанке, имитирующей шмеля, являются антитезой агрессивной мимикрии.

      Агрессивная мимикрия находится в семантическом контрасте с мимикрией защитной, где жертва действует как мимик, а хищники обманываются. Защитная мимикрия включает хорошо известные бейтсовские и мюллеровские формы мимикрии, где мимика имеет общие внешние характеристики с апосематической или вредоносной моделью. В мимикрии Бейтса мимика моделируется на опасном (обычно неприятном) виде, в то время как в мимикрии Мюллера оба вида вредны и действуют как комиксы, сходясь на общем наборе сигналов и разделяя бремя «обучения» своих хищников. В защитную мимикрию входит менее известная мимикрия Мертенса, где мимикрия более вредна, чем модель, и вавиловская мимикрия, где сорняки имитируют посевы через непреднамеренный искусственный отбор. В защитной мимикрии мимика помогает избежать вредного взаимодействия с другим организмом, которое с большей вероятностью имело бы место без использования вводящих сигналов. Вредные взаимодействия могут включать в себя поедание или вытаскивание из земли как сорняк. Напротив, агрессивная имитация выигрывает от взаимодействия, которое с меньшей вероятностью произошло бы без обмана, за счет своей цели.

      Классификация

      Заманивание добычи

      В некоторых случаях приемник сигнала соблазняется имитатором. Это включает в себя имитацию ресурса, который часто жизненно важен для выживания жертвы (или, точнее, выживания ее генов ), такого как питание или партнерша. Если предлагаемая наживка не представляет большой ценности для добычи, они не пойдут на такой риск. Например, во всех известных случаях мимикрии сексуальных сигналов всегда обманывается мужской пол (фактически, было высказано предположение, что самки некоторых видов развили мимикрию как стратегию, чтобы избежать нежелательные вязки ). В этих случаях хищнику не нужно перемещаться в поисках добычи, он может просто оставаться на месте и позволить добыче подойти к нему. Некоторые исследования предполагают, что северный сорокопут (Lanius excubitor) поет зимой, часто имитируя мелких воробьиных, на которых можно охотиться, если их заманить в пределах досягаемости. Было одно сообщение о маргее, которое имитировало крик младенца тамарин-пегий, чтобы попытаться заманить взрослого тамарина с близкого расстояния.

      Внешний вид еды

      щелкающая черепаха аллигатора использует свой язык, чтобы заманить рыбу.

      Многие агрессивные имитаторы используют обещание пищи как способ привлечь добычу. Щелкающая черепаха из аллигатора (Macrochelys temminckii) — хорошо замаскированный хищник, устраивающий засаду. Его язык имеет заметное розовое расширение, напоминающее червя, и его можно поворачивать; Рыба, которая пытается съесть «червя», сама съедается черепахой. Точно так же некоторые змеи используют каудальную приманку (с помощью хвоста) или языковую приманку (с помощью языка), чтобы заманить мелких позвоночных в зону поражения.

      Argiope argentata и его паутина

      Агрессивная мимикрия распространена среди пауков, как при заманивании добычи, так и при скрытном приближении хищников. Один случай — ткач золотых сфер (Nephila clavipes), который плетет заметную золотистую паутину в хорошо освещенных местах. Эксперименты показывают, что пчелы могут ассоциировать паутину с опасностью, когда желтый пигмент отсутствует, как это происходит в менее освещенных местах, где паутину гораздо труднее увидеть. Другие цвета тоже были изучены, и их избегали, но пчелы, похоже, меньше всего могли эффективно ассоциировать желтую пигментированную паутину с опасностью. Однако желтый — это цвет многих цветов, несущих нектар, поэтому, возможно, избегать желтого цвета не стоит. Другая форма мимикрии основана не на цвете, а на узоре. Такие виды, как Argiope argentata, используют заметные узоры в середине своей сети, такие как зигзаги. Они могут отражать ультрафиолет и имитировать узор, наблюдаемый у многих цветов, известных как проводники нектара. Пауки день ото дня меняют свою сеть, что можно объяснить способностью пчел запоминать сетевые узоры. Пчелы способны связывать определенный узор с пространственным расположением, а это означает, что паук должен регулярно вращать новый узор, иначе он будет меньше страдать от захвата добычи.

      Яркие листья мухоловки Венеры (Dionaea muscipula) привлекают насекомых так же, как и цветы.

      Пауки могут быть добычей агрессивных имитаторов. жук-убийца Stenolemus bituberus охотится на пауков, проникая в их сети и выдергивая их шелковые нити, пока паук не приблизится. Эта агрессивная мимикрия вибраций соответствует общему образцу вибраций, которые пауки воспринимают как добычу, и имеет аналогичную временную структуру и амплитуду движениям ног и тела типичной добычи, пойманной в сети.

      Личинки жужелицы. Эпоми перемещают свои челюсти одну за другой, чтобы заманить к себе земноводных, а затем охотятся на них. Их строение тела позволяет им кусать земноводных и питаться ими даже тогда, когда их поедают более крупные жертвы, такие как лягушки.

      Хотя растения более известны своей защитной мимикрией, есть исключения. Например, многие цветы используют мимикрию для привлечения опылителей, в то время как другие могут обманом заставить насекомых рассеять свои семена. Тем не менее, большая часть мимикрии у растений не может быть классифицирована как агрессивная, поскольку, хотя приманка для опылителей аналогична описанным выше случаям, растение определенно не поедает их. Однако некоторые плотоядные растения могут увеличивать скорость захвата за счет мимикрии. Например, некоторые из них имеют узоры в ультрафиолетовой области электромагнитного спектра, очень похожие на описанные выше паутинки.

      Биполярные системы мимикрии

      Системы мимикрии, включающие только два вида известны как биполярные. Здесь возможно только одно биполярное расположение, а именно, когда обманщик сам является моделью. Есть два таких варианта в этой компоновке мимикрии, имитирующей свою цель, в первом случае, названной бейтсовско-валласианской мимикрией после Генри Уолтера Бейтса и Альфреда Рассела Уоллеса, модель — жертва виды. Во втором случае модель является хозяином выводкового паразита.

      Бейтсовско-валласианская или мимикрия жертвы

      Chlorobalius leucoviridis, мимикрия Kobonga oxleyi Песня цикады Kobonga oxleyi с ответными щелчками от Chlorobalius leucov 324>Chlorobalius leucoviridis мимикрия Pauropsalta confinis Песня Pauropsalta confinis с ответными щелчками на Chlorobalius leucoviridis
      Проблемы с воспроизведением этих файлов? См. .

      Пятнистый хищный катидид (Chlorobalius leucoviridis) — акустическая агрессивная имитация цикад.

      В некоторых случаях бейтсовско-валласской мимикрии модель представляет собой сексуально восприимчивую самку, которая обеспечивает сильную привлекательность влияние на самцов. Некоторые пауки используют химические, а не визуальные средства, чтобы поймать добычу. Самки пауков-болас из рода Mastophora заманивают самцов бабочек (Diptera, настоящих мух, но напоминающих мотыльков), производя аналоги видов бабочек половые феромоны. Кажется, что каждый вид пауков специализируется на определенном виде добычи в семействе Psychodidae. Молодые особи используют свои передние лапы для захвата добычи, например, мух. Однако более старые пауки используют другую стратегию, размахивая липким шаром, известным как болас, подвешенным на шелковой нити в мотыльков. Но и старые, и молодые люди могут заманивать добычу с помощью этого обонятельного сигнала; было показано, что даже молодые пауки привлекают добычу.

      Начиная с 1960-х годов, исследование Джеймса Э. Ллойда самок светлячков из рода Photuris показало, что они испускают те же световые сигналы, которые самки рода Photinus используют в качестве сигнала спаривания. Дальнейшие исследования показали, что самцов светлячков из нескольких разных родов привлекают эти мимики, и впоследствии они ловятся и съедаются. Женские сигналы основаны на сигналах, полученных от самца, каждая самка имеет репертуар сигналов, соответствующий задержке и продолжительности самки соответствующего вида. Эта мимикрия, возможно, произошла от сигналов, не связанных с спариванием, которые были модифицированы для хищничества.

      Листросцелидин катидид Chlorobalius leucoviridis из внутренней Австралии способен привлекать самцов цикад племени Cicadettini, имитируя видоспецифичные ответные щелчки сексуально восприимчивых самок цикад. Этот пример акустической агрессивной мимикрии похож на случай светлячка Photuris в том, что мимикрия хищника удивительно универсальна — эксперименты по воспроизведению показывают, что C. leucoviridis может привлекать самцов многих видов цикад, включая цикады с других континентов, даже если цикады спариваются. сигналы видоспецифичны. Эволюции разносторонней мимикрии у C. leucoviridis, возможно, способствовали ограничения на эволюцию песни в дуэтных системах коммуникации, в которых ответные сигналы распознаются только по их точному времени по отношению к мужской песне ( Последняя правка сделана 2021-05-03 03:06:12

      Читайте также:  Йодовая кислота hio3 свойства риски и использование