Введение к работе
Актуальность проблемы
Одной из важнейших проблем инфекционной патологии является проблема взаимодействия паразит-хозяин. В настоящее время доказано, что генетические особенности организма хозяина оказывают существенное влияние на восприимчивость к инфекционным агентам и течение инфекционного процесса. Помимо генетической индивидуальности, у человека на восприимчивость к инфекционным агентам оказывают влияние множество других факторов, таких как условия и образ жизни, прием различных лекарственных препаратов (антибиотики, иммуностимуляторы и иммунодепрессанты) и др. Однако эти факторы только модулируют механизмы восприимчивости к инфекциям, контролируемые генетическими параметрами.
Поскольку в контроле восприимчивости к инфекциям принимает участие большое количество генов, многие из которых могут взаимодействовать друг с другом, исследование генетических механизмов контроля инфекционных болезней очень затруднено, особенно в гетерогенных популяциях человека. Высокая степень гомологии геномов мыши и человека (~85%) значительно облегчает поиск генов-кандидатов, участвующих в контроле тяжести течения к различным инфекциям, в модельных системах и обуславливает целесообразность проведения исследований по иммуногенетике инфекций на инбредных линиях мышей.
Использование в качестве моделей инбредных животных разных линий способствовало обнаружению ряда генов, для которых были идентифицированы гомологи у человека. В частности, некоторые из таких генов были открыты на моделях инфекций, вызванных внутриклеточно паразитирующими возбудителями (Fortier А., 2005; Forth А., 2007). Исследования физиологических характеристик и генов, участвующих в контроле инфекций, на модели лабораторных животных позволят не только понять основы патогенеза этих инфекций, но и перейти от генетики
восприимчивости к инфекциям у животных к генетике чувствительности и резистентности у человека и определению групп риска к определенным инфекциям.
Несмотря на таксономические различия, разницу в развитии патологических процессов и тропизме к органам-мишеням, многие внутриклеточные патогены обладают сходными свойствами, позволяющими им выживать внутри клетки-хозяина. Получены доказательства существования общих генетических механизмов контроля инфекций, вызванных таксономически неродственными внутриклеточными патогенами. Так, например, мутации в генах, кодирующих ИФН-у, ФНО-а и рецепторы к ним, приводят к высокой чувствительности к инфекциям, вызванным М. tuberculosis, М. bovis, М. avium (Decker Т., 2002; Patel S., 2008), L. monocytogenes, S. etnterica serovar Typhimurium, C. pneumonia (Decker Т., 2002; Lengeling A., 2001). Описаны мутации в гене iNOS, кодирующем индуцируемую NO-синтетазу, которые повышают чувствительность к М. tuberculosis, L. monocytogenes, С. pneumoniae, S. enterica serovar Typhimurium (Lengeling A., 2001). Большинство подобных исследований были проведены на мышах, несущих индуцированные мутации, приводящие к потере функции гена (генетически сконструированные нокаут-мутации), то есть применялся подход так называемой «обратной генетики». (Rydstrom А., 2007; Moreira С. G., 2010; North R., 2004; Flynn J. L., 2006).
Однако в природных популяциях подобные серьезные генетические дефекты, как правило, быстро элиминируются естественным отбором и поэтому практически не влияют на реальный уровень генетического разнообразия. Скорее, его определяют количественные различия в функциональной активности продуктов генов со слабым или умеренным уровнем влияния на сложный фенотип, к тому же взаимодействующих между собой (Апт А. С, Кондратьева Т. К., 2008). Такие генетические детерминанты получили название «локусы количественных признаков» (QTL - англ. quantitative trait loci). Некоторые QTL, участвующие в контроле
восприимчивости и тяжести течения инфекций, вызванных внутриклеточными патогенами, были картированы с применением методов «прямой генетики», т. е. на основе различий по чувствительности к инфекции неродственных инбредных линий мышей и сегрегационного генетического анализа на гибридах (Апт, Кондратьева, 2008; Fortin et al., 2007). Данная работа также использует этот подход.
Мы решили проверить, нет ли генетических аналогий в контроле чувствительности мышей к туберкулезу с контролем чувствительности к другим бактериям с внутриклеточным типом паразитирования. В настоящей работе проведен анализ течения инфекционного процесса, вызванного таксономически неродственным микобактериям патогеном - Salmonella enterica serovar Typhimurium. S. typhimurium - микроорганизм со схожим с М. tuberculosis механизмом паразитирования внутри макрофагов, но поражающий не легкие, а печень и селезенку. Как и многие другие внутриклеточные патогены (в том числе М. tuberculosis), сальмонеллы паразитируют внутри вакуолей (фагосом) клетки-хозяина и препятствуют их слиянию с лизосомами, что приводит к длительному персистированию внутри макрофагов.
Целью работы явилась экспериментальная проверка гипотезы о сходстве иммунологических и генетических механизмов контроля инфекций, вызванных Salmonella typhimurium и М. tuberculosis, в модели на мышах.
В соответствии с поставленной целью в процессе выполнения диссертационной работы предстояло решить следующие задачи:
1. Сравнить восприимчивость к инфекции и тяжесть инфекционного процесса, вызываемого S. enterica серовар Typhimurium, у линейных мышей с генетически детерминированной высокой (I/St) и низкой (A/Sn) чувствительностью к туберкулезу.
-
Оценить показатели иммунного ответа и охарактеризовать местные воспалительные реакции в брюшной полости у мышей линий I/St и A/Sn при сальмонеллезной инфекции
-
Оценить характер наследования признака чувствительности к исследуемой инфекции (рецессивный, доминантный, промежуточный) среди потомков первого поколения (I/St х A/Sn)Fl.
-
Оценить характер расщепления признака чувствительности к сальмонеллезной инфекции среди потомков возвратного скрещивания [I/St х (I/St х A/Sn)Fl]BCl по динамике гибели мышей в сравнении с родительскими линиями.
-
Определить, не сцеплен ли признак чувствительности к сальмонеллезной инфекции с локусами 3-й, 9-й и 17-й хромосом, участвующих в контроле тяжести течения экспериментального туберкулеза у мышей линий I/St и A/Sn.
Научная новизна
Впервые проведен сравнительный анализ течения инфекционного процесса, вызываемого внутриклеточно паразитирующей бактерией Salmonella enterica serovar Typhimurium, у инбредных линий мышей с генетически детерминированными различиями по чувствительности к Mycobacterium tuberculosis,
Впервые показано, что чувствительные к туберкулезу мыши I/St чувствительны и к сальмонеллезной инфекции.
Впервые показано наследование признака устойчивости к сальмонеллезной инфекции по типу сверхдоминирования (гетерозис).
Впервые показано, что локус 9-й хромосомы, участвующий в контроле туберкулезной инфекции, влияет на устойчивость к сальмонеллезу.
Установлено сходство контроля сальмонеллезной и туберкулезной инфекции у инбредных мышей A/Sn и I/St по многим параметрам: срок жизни после заражения, количество высеваемых из органов бактерий,
бактериостатические функции макрофагов, развитие выраженной местной воспалительной реакции у чувствительной линии, полигенный контроль признака восприимчивости к инфекции.
Практическая значимость
Несмотря на важную роль наследственности в контроле инфекционных болезней, генетический контроль иммунитета и защиты от инфекции остается мало изученным. Это во многом объясняется тем, что вклад индивидуальных локусов отличается количественно и качественно в зависимости от механизмов вирулентности патогена и генетической основы хозяина. Многоступенчатое взаимодействия хозяина и патогена, определяющее исход болезни, делает крайне сложным выявление индивидуальных генов, вовлеченных в эти процессы. Хотя настоящая работа носит фундаментальный характер, полученные результаты могут оказаться важными для понимания развития патологических процессов у человека в зависимости от генетических особенностей, а также выявить новые генетические локусы, участвующие в контроле таксономически различных внутриклеточных патогенов, что позволит усовершенствовать методы раннего выявления групп риска и понять основы патогенеза этих инфекций. По результатам диссертационной работы подготовлены Методические Рекомендации «Определение устойчивости/ чувствительности инбредных мышей к инфекции, вызванной Salmonella etnterica serovar Typhimurium» одобренные на Совете по внедрению научных достижений в практику ФГБУ «НИИЭМ им. Н.Ф. Гамалеи» Минздравсоцразвития России (протокол №13 от 15 октября 2010 г.).
Положения, выносимые на защиту
1. Мыши линий A/Sn и I/St, оппозитные по восприимчивости к туберкулезной инфекции, также оппозитны по восприимчивости к сальмонеллезной инфекции по следующим показателям: срок жизни после заражения, характер макрофагального ответа, параметры локального иммунного ответа и местной
воспалительной реакции на ранней стадии инфекции
2. Наследование признака устойчивости к инфекции по типу сверхдоминирования (генетический гетерозис), продемонстрированное ранее на модели легочного туберкулеза, обнаружено и для сальмонеллезной инфекции. Показано сцепление признака устойчивости к сальмонеллезной инфекции с локусом D9Mit89 9-й хромосомы, совпадающим по локализации с локусом Tbs2, участвующим в контроле туберкулезной инфекции у мышей I/St иА/Sn.
Апробация работы
Материалы диссертации были доложены на X и XI Всероссийских научных Форумах с международным участием «Дни иммунологии в Санкт-Петербурге» в 2005 и 2006 гг.; на III научной конференции с международным участием «Проблемы инфекционной патологии в регионах Сибири, Дальнего Востока и Крайнего Севера» в Новосибирске в 2006 г.; на Всероссийской научной конференции с международным участием «Физиология и генетика микроорганизмов в природных и экспериментальных системах» в 2009 г; на 3-м Конгрессе Европейских Микробиологов в Гетеборге, Швеция, в 2009 г.
Апробация диссертации состоялась на научной конференции отделов медицинской микробиологии, иммунологии, генетики и молекулярной биологии бактерий ФГБУ «НИИЭМ им. Н.Ф. Гамалеи» Минздравсоцразвития России 12 ноября 2010 г.
Публикации
По результатам исследований опубликовано 9 научных работ, в том числе 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации
