Как ослабленная бактерия помогает уберечь животных от смертельной инфекции

Ученые впервые расшифровали и проанализировали геномы двух ослабленных штаммов листерии — бактерии, вызывающей тяжелую пищевую инфекцию, — которые используются для вакцинации сельскохозяйственных животных. Авторы выявили генетические особенности, превращающие опасного патогена в «защитника», способного уберечь скот от листериоза. Полученные данные будут полезны при совершенствовании вакцин против инфекций, распространенных в животноводстве. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Scientific Data.

Листериоз — это тяжелая пищевая инфекция, опасная как для животных, так и для человека. Она поражает пищеварительную, иммунную и нервную системы, приводя к высокой смертности животных и людей при несвоевременном лечении. Основным источником инфекции для человека служат сельскохозяйственные животные, а заражение чаще всего происходит через продукты питания, например, молоко, сыры и мясные полуфабрикаты, которые не прошли достаточную термическую обработку.

Возбудитель болезни — бактерия листерия (Listeria monocytogenes) — способна размножаться даже при низких температурах, включая условия хранения пищевых продуктов в холодильниках, вакуумных упаковках и овощехранилищах, что делает ее особенно опасной. Поэтому важно контролировать инфекцию еще на фермах. В России уже несколько десятилетий сельскохозяйственным животным вводят вакцину против листериоза на основе живых ослабленных штаммов патогена. Однако до сих пор оставалось неизвестно, как «полезные» вакцинные штаммы генетически отличаются от опасных бактерий, приводящих к инфекции.

Ученые из Саратовского государственного университета генетики, биотехнологии и инженерии имени Н.И. Вавилова (Саратов) и Всероссийского научно-исследовательского и технологического института биологической промышленности (Московская область) впервые сравнили генетические особенности штаммов AUF-2 и AUF-3, используемых в России в качестве вакцин, с геномами опасных вариантов возбудителя листериоза.

Особое внимание исследователи уделили поиску мутаций, которые могли быть связаны с ослаблением болезнетворных свойств микроорганизма. Оказалось, что у вакцинных штаммов AUF-2 и AUF-3 отсутствует ряд генов, отвечающих за вирулентность (способность вызывать инфекцию), устойчивость к кислой среде желудочно-кишечного тракта и некоторые «агрессивные» взаимодействия с клетками хозяина. Также отсутствовали гены, участвующие в формировании токсинов, устойчивости к антибиотикам и адаптации бактерий к неблагоприятным условиям среды.

При этом штаммы AUF-2 и AUF-3 сохранили ряд важных генов, необходимых для формирования иммунного ответа. Многие участки белков на поверхности бактерий, распознаваемые иммунной системой, практически полностью совпали с аналогичными структурами у опасных штаммов. Это означает, что ослабленные бактерии способны вызывать защитный иммунитет без развития тяжелого заболевания.

Интересно, что ученые обнаружили у вакцинных вариантов листерий множество (в несколько раз больше, чем у опасных штаммов) поврежденных или частично утраченных генетических последовательностей. По мнению исследователей, именно накопление таких изменений может быть связано со снижением «опасности» бактерии и формированием у нее вакцинных (защищающих от заболевания) свойств.

«Полученные результаты помогают лучше понять механизмы, из-за которых болезнетворные бактерии становятся "защитниками" и создают основу для дальнейшего совершенствования ветеринарных вакцин против листериоза. Исследование также важно для оценки безопасности существующих живых вакцин и разработки новых подходов к профилактике инфекций у сельскохозяйственных животных. В будущем мы планируем выяснить, какие именно субстанции ослабленных бактерий участвуют в выработке иммунитета у иммунизированных животных и как это происходит. Вполне вероятно, что, в случае удачи, мы сможем использовать наши знания для разработки вакцины нового поколения — эффективной, безопасной и удобной для применения в секторе животноводства. А, может быть, сможем "научить" иммунитет животных защищаться самостоятельно от этого опасного патогена. Ясно одно — полученные нами результаты важны для улучшения контроля заболеваемости листериозом, что, в конечном счете, важно для продовольственной безопасности нашей страны в целом», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Валентина Федорова, доктор медицинских наук, почетный работник науки и высоких технологий, профессор кафедры «Микробиология и биотехнология» Саратовского государственного университета генетики, биотехнологии и инженерии имени Н.И. Вавилова.