Наногубки помогают иммунитету справиться с бактериальными токсинами

Если запереть бактериальный токсин в мембране, покрывающей микроскопический полимерный шарик, это позволит иммунитету создать защиту против такого токсина, не опасаясь, что бактериальный яд отравит сами иммунные клетки.

Лекарственная устойчивость бактерий — одна из самых больших проблем в медицине: стоит создать очередной антибиотик, как появляются бактериальные штаммы, которые умеют новый препарат обезвреживать. Способности бактерий в этом практически безграничны: они могут в рекордно короткие сроки вырабатывать устойчивость к разнотипным веществам, причём, чтобы стать устойчивыми к антибиотику, им, кажется, даже не обязательно с этим антибиотиком знакомиться.

Понятно, что предлагаемые способы борьбы с устойчивыми бактериями с каждым годом становятся всё изощрённее. Касается это в первую очередь самих антибиотиков: исследователи пытаются найти вещество, к которому бактерии заведомо не смогли бы приспособиться. С другой стороны, можно, например, вообще отказаться от антибиотиков и поручить истребление бактерий иммунитету. Иммунной системе всё равно, к чему там устойчива бактерия, и потенциально иммунитет может легко одолеть даже известный штамм золотистого стафилококка MRSA, который считается едва ли не эталоном множественной лекарственной устойчивости бактерий.

Наногубка: полимерный шарик обёрнут в мембрану, которую усеивают молекулы бактериального токсина. (Иллюстрация UC San Diego Department of NanoEngineering)

Однако бактерии не просто так плавают в нашем организме: они ещё и выделяют токсины, которые отравляют клетки и органы. Например, тот же MRSA производит токсин альфа-гемолизин, формирующий в мембране клеток поры, через которые содержимое клетки может вытекать наружу, а в неё саму может попадать окружающая жидкость; в общем, ни о какой клетке говорить уже не приходится. Иммунитет, возможно, легко бы справился с бактериями, если бы не этот токсин, который убивает сами иммунные клетки.

Но ведь иммунную систему можно запрограммировать на то, чтобы она боролась с самим токсином. Можно разработать вакцину, которая будет тренировать иммунитет, чтобы он распознавал токсин, как только яд появляется в организме. Однако обычные вакцины создаются из обработанных патогенов и их молекул, которых убили прогреванием и которые не причинят вреда, если их ввести в организм. И такой способ не совсем подходит для получения антитоксиновой вакцины: ядовитый бактериальный белок теряет структуру при прогревании, и в результате у иммунной системы, которая научится распознавать сломанный или полусломанный белок, с обычным действующим токсином могут возникнуть проблемы.

То есть тут нужно было бы создать такой способ вакцинации, который сохранял бы белок-мишень в натуральном, рабочем виде, не отравляя при этом организм. Решение задачи предложили Лянфан Чжан (Liangfang Zhang) и его сотрудники из Калифорнийского университета в Сан-Диего (США). Они использовали для получения вакцины против стафилококкового токсина так называемые наногубки — полимерные наношарики (диаметром 85 нм), обёрнутые в мембрану эритроцитов. В эту мембрану вводились токсины, которые и оставались в ней, и такие вот утыканные токсином шарики запускались в кровь вакцинируемому животному.

Собственно наногубки создавались как средство очистки организма от токсинов; предполагалось, что если их ввести, например, в кровь, то они соберут на себя бактериальные яды. Кровь очистится от токсинов, и иммунной системе и всему организму станет лучше. Но потом исследователи подумали: а нельзя эти наногубки использовать ещё и для тренировки иммунитета?.. Токсин, попав в мембрану наношарика, уже не может её покинуть; при этом он сохраняет свою рабочую форму, никаких изменений с ним не происходит. К тому же он вполне доступен для того, чтобы его смогла «ощупать» иммунная система: авторы работы сравнивают такой пойманный токсин с преступником в наручниках, которого зеваки могут разглядывать, не опасаясь за свою жизнь.

В Nature Nanotechnology исследователи сообщают, что такая антитоксиновая вакцина «на мембранных шариках» оказалась более чем эффективна. Половина животных, которым вводили такую вакцину, выжили после заражения MRSA-штаммом золотистого стафилококка, тогда как после обычной вакцины из термически обработанного белка выжили только 10%. И это после однократного введения! Если же вакцину вводили два раза и больше, эффективность «наногубкового» препарата достигала 100% — против 90% у обычной вакцины. Понятно, что в случае опасной, потенциально смертельной бактерии разница в эффективности вакцины в 10% — это серьёзное достижение.

Исследователи уверяют, что их способ годится не только для того, чтобы обучить иммунитет работать против конкретного стафилококкового токсина, но и против ядов других бактерий — таких, например, как кишечная палочка и Helicobacter pylori. Вообще с помощью таких наногубок можно показывать иммунной системе самые разные белки, которых нельзя обезвреживать обычными методами; главное, чтобы мембрана губок удерживала такие белки при себе.

Подготовлено по материалам Phys.Org.