Некоторые молекулярные механизмы возникновения персистирующей инфекции при брюшном тифе

Автор / Мед учреждения

Бойченко Марина Николаевна / Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М.Сеченова (Сеченовский Университет), Москва, Российская Федерация

Буданова Елена Вячеславовна / Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М.Сеченова (Сеченовский Университет), Москва, Российская Федерация

Кравцова Елена Олеговна / Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М.Сеченова (Сеченовский Университет), Москва, Российская Федерация

Волчкова Елена Васильевна / Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М.Сеченова (Сеченовский Университет), Москва, Российская Федерация

Белая Ольга Федоровна / Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М.Сеченова (Сеченовский Университет), Москва, Российская Федерация

В обзоре представлены данные о механизме развития системной хронической инфекции при брюшном тифе, связанной с экспрессией генов специфичного для S. Typhi островка патогенности 7 (ОСП7). Благодаря экспрессии гена tviA этого ОПС7 микроб избегает узнавания иммунной системой. Другие 4 гена ОСП7 связаны с синтезом и секрецией тифоидного генотоксина, который, как предполагается, индуцируя повреждения ДНК клеток иммунной системы, приводит к развитию персистирующей инфекции.
Ключевые слова: S. Typhi, островок патогенности 7, tviA ген, тифозный генотоксин, хроническая инфекция 

Для цитирования: Бойченко М.Н., Буданова Е.В., Кравцова Е.О., Волчкова Е.В., Белая О.Ф. Некоторые молекулярные механизмы возникновения персистирующей инфекции при брюшном тифе. Инфекционные болезни. 2020; 18(2): 84–87. DOI: 10.20953/1729-9225-2020-2-84-87
For citation: Boichenko M.N., Budanova E.V., Kravtsova E.O., Volchkova E.V., Belaya O.F. Some molecular mechanisms of development typhoid fever persistence infection. Infekc. bolezni (Infectious diseases). 2020; 18(2): 84–87. (In Russian). DOI: 10.20953/1729-9225-2020-2-84-87

Ежегодно в мире фиксируется 27 млн случаев заболеваний брюшным тифом [1, 2], из которых 217000 заканчиваются смертельным исходом [3]. Распространение заболевания характерно для развивающихся стран с неразвитой системой водоснабжения и плохими санитарно-бытовыми условиями [1, 2]. Следует отметить, что среди конвалесцентов брюшного тифа 10% продолжают выделять возбудитель в течение 3 мес после клинического выздоровления [3].

Одна четверть лиц, инфицированных возбудителем брюшного тифа, становится бессимптомными носителями. С учетом социально-политической обстановки в мире, которая характеризуется миграционными потоками людей в Европу из стран, в которых распространены тифо-паратифозные инфекции, и миграционными процессами из стран Центральной Азии в Россию, заболевания тифом и паратифами становятся актуальными как для европейских стран, так и для России. Учитывая рост распространения резистентности к антибиотикам среди сальмонелл, необходимо разрабатывать новые методы лечения, а для этого необходимо детальное понимание молекулярного патогенеза заболеваний, вызываемых возбудителем брюшного тифа. 

Возбудитель брюшного тифа входит в род Salmonella enterica серовар Typhi. Вид S. enterica включает более 2600 сероваров. Среди них проводится подразделение на «тифоидные сальмонеллы» (ТС) и «нетифоидные сальмонеллы» (НТС) [1, 2] на основании различий в их специфичности к хозяину и характера вызываемых в организме хозяина клинических симптомов [3]. К ТС относятся серовары Typhi, Paratyphi A, B, C и Sendai, которые адаптированы к человеку и используют его как естественный резервуар. Они являются возбудителями брюшного тифа и паратифов, которые протекают как системные инфекции. Нетифоидные серовары вида S. entericа поражают как человека, так и теплокровных животных и птиц [1–3]. Заболевания, вызываемые ими, протекают в форме гастроэнтеритов, сопровождающихся развитием воспаления [1–3].
Бактерии вида S. enterica являются факультативными вакуолярными внутриклеточными паразитами, с пособными проникать в профессиональные и непрофессиональные фагоциты, такие как энтероциты и М-клетки, и реплицироваться и персистировать в фагоцитирующих клетках, таких как макрофаги и дендритные клетки [4, 5].

Как ТС, так и НТС после проникновения в организм человека per os первоначально инвазируют интестинальный эпителий. Сальмонеллы проходят через интестинальный барьер несколькими путями: через эпителиальные клетки, через М-клетки, которые помогают осуществлять транспорт сальмонелл трансцитозом в субэпителиальное пространство к подлежащим лимфоидным образованиям, таким как Пейеровы бляшки, и через непосредственный их захват дендритными клетками. Проникновение сальмонелл в непрофессиональные фагоциты осуществляется при помощи третьего типа секреторной системы (Т3СС). Т3СС располагается в клеточной стенке бактерии и представляет шприцеобразную структуру, с помощью которой происходит секреция эффекторных молекул, вырабатываемых бактерией, непосредственно в клетку хозяина. Вид S. enterica обладает двумя типами Т3СС: Т3СС-1 и Т3СС-2 [6]. 
После интернализации в различные клетки хозяина наступает внутриклеточная фаза патогенеза сальмонеллезной инфекции, в процессе которой сальмонеллы сохраняются внутри клетки в содержащей сальмонеллы вакуоле (ССВ). Способность сальмонелл сохраняться и реплицироваться внутри макрофага, избегая слияния с НАДФ Н+-оксидазным комплексом, является существенным для развития системной инфекции. Этот процесс связан с функционированием Т3СС-2. В результате секреции эффекторных белков Т3СС‑2 из ССВ в цитоплазму клетки-хозяина сальмонеллы, используя эти белки, направляют биогенез ССВ таким образом, чтобы вакуоль отделилась от эндосомальной системы клетки, избегая тем самым слияния фагосомы с лизосомой. Детально эти процессы разобраны в работе [5].
Синтез Т3СС-1 и Т3СС-2 осуществляется генами, расположенными на островках патогенности сальмонелл (ОСП): ОСП-1 и ОСП-2 соответственно. У сероваров S. enterica описано наличие 23 островков патогенности. Среди них имеются общие как для сероваров тифоидной группы сальмонелл, так и для сероваров нетифоидной группы сальмонелл [6], в частности, 5 островков патогенности, с 1 по 5. S. enterica серовара Typhi обладает 4 специфическими ОСП: 7, 15, 17, 18 [6].
Тифоидные серовары S. enterica после прохождения эпителиального кишечного барьера достигают подлежащей лимфоидной ткани и размножаются внутри мононуклеарных фагоцитов. Инфекция быстро становится системной с распространением микроба от мезентериальных лимфатических узлов к лимфоидным образованиям печени, легких, костного мозга, селезенки. Из печени возбудитель попадает по желчным протокам в желчный пузырь, вызывая вторичное инфицирование тонкого кишечника через секрецию желчи [3]. По сравнению с нетифоидными сероварами сальмонелл тифоидные серовары не вызывают выраженного интестинального воспаления, сопровождающегося инфильтрацией нейтрофилов в просвет кишечника [5]. При брюшном тифе инфекция приобретает системный характер и, как отмечено выше, может протекать в форме носительства.
Маркером хронической бактериальной инфекции является образование гранулемы, которая состоит из эпителиоидных макрофагов и является сайтом бактериальной персистенции. Формирование гранулемы рассматривается в качестве попытки организма хозяина изолировать бактерии, которые захватываются, но не убиваются макрофагами, что является результатом неэффективности иммунного ответа на этот патоген [7]. Первой линией защиты хозяина на внедрившийся микроб является врожденный иммунитет. В организме хозяина развиты механизмы распознавания присутствующего в нем патогена системой рецепторов врожденного иммунитета, которая способна узнавать ассоциированные  с патогеном молекулярные шаблоны (паттерны) (от англ. pattern). К таким рецепторам, узнающим микробные шаблоны (паттерны), относятся Toll-подобные рецепторы (Toll like receptor – TLR), которые присутствуют на клеточной мембране. Взаимодействие TLR с бактериальным паттерном через систему сигнальной трансдукции активирует транскриптационый фактор Nf-Kb, что, как следствие, приводит к развитию воспалительного процесса [8]. ЛПС, липопротеины, флагеллы являются бактериальными паттернами, которые способны взаимодействовать с определенными TLR, индуцируя развитие воспаления. Бактерии, вызывающие хроническую персистирующую инфекцию, обладают способностью избегать узнавание их паттерн TLR. У сальмонелл липид А ЛПС является агонистом TLR4, а белок флагеллин – TLR5. Однако, как отмечалось выше, S. Typhi обладает специфической группой генов, расположенных на присутствующем только у этого серовара ОПС7. На ОПС7 расположен viaB-локус, кодирующий синтез полисахаридного Vi-антигена. Vi-антиген закрывает ЛПС, делая его неузнаваемым для TLR4. Известно, что viaB-локус содержит также ген tviA, который ответственен за осмолярно зависимые фенотипические изменения. Продукт этого гена TviA положительно регулирует синтез Vi-антигена и негативно – синтез флагеллина и Т3СС-1 [9]. В условиях высокого осмотического давления при нахождении S. Typhi в просвете тонкого кишечника происходит ингибиция осмочувствительного гена tviA, которая позволяет микробу быть подвижным и инвазивным. Когда S. Typhi попадает в lamina propria, где наблюдается низкое осмотическое давление, начинается быстрая экспрессия tviA, происходит синтез Vi-антигена, падает синтез флагеллина и Т3СС. Микроб избегает узнавания иммунной системой человека, при этом не происходит развития воспаления и инфекция приобретает системный характер [7]. Другую причину хронизации процесса, вызванного S. Typhi, связывают в последнее время с действием тифозного генотоксина [10].
Тифоидный токсин (ТТ) был открыт в результате опытов по сравнению геномов сероваров S. Typhi и нетифоидного серовара S. Typhimurium [11]. Как оказалось, другой небольшой локус ОПС7 кодирует 5 белков: 3 компонента токсина, гомолог муроминидазы бактериофага, участвующий в секреции токсина, и продукт с неизвестной функцией [12, 13]. Тифоидный токсин принадлежит к бактериальным АВ-токсинам, которые состоят из А-функциональной энзиматической единицы и рецепторной связывающей В-субъединицы. Однако ТТ обладает особенностью, отличающей его от других АВ-токсинов. ТТ имеет организацию: А2В5, которая состоит из 2 ковалентно связанных А-субъединиц: CdtB и PltA, которые нековалентно связаны с 5 В-субъединицами (PltB). CdtВ представляет А-субъединицу цитолитического расширяющего токсина, которая, обладая нуклеазной активностью, действуя на двухцепочечную ДНК, повреждает ее, индуцируя изменение клеточного цикла и смерть клетки. PltA является АДФ-рибозилтрансферазой, которая имеет аминокислотную последовательность, подобную коклюшному токсину S1 [7, 12].
Рецепторосвязывающие субъединицы В узнают и взаимодействуют со специфическим Neu5A сиало-гликановым рецептором [14, 15], который преимущественно экспрессируется на клетках человека [16].
По сравнению с другими АВ-токсинами, ТТ вырабатывается S. Typhi, исключительно находящейся внутриклеточно в составе ССВ [17]. Синтезировавшись бактерией, находящейся внутри ССВ, ТТ секретируется в пространство ССВ уникальной системой секреции [13], которая обычно используется бактериофагом при выходе его из зараженной им бактериальной клетки [18]. Центральным компонентом этой секреторной системы является белок TtsA (typhoid toxin secretion protein А), продукт гена 1897, примыкающего к гену ТТ [14]. 
TtsA принадлежит к группе бактериофаговых муромидаз, которые гидролизируют N-ацетилмурамовые остатки пептидогликана, что помогает секреции ТТ из периплазмы клетки S. Typhi в ССВ. При этом TtsA-зависимая секреция не сопровождается лизисом бактерии [13]. После секреции из бактериальной клетки в просвет ССВ ТТ упаковывается в везикулы и экспортируется к экстраклеточному пространству, где достигает клеток-мишеней. Этот процесс требует активации Rab-ГТФаз 29 и 31 [16]. 
Опыты, проведенные на гуманизированных мышах, показали, что главная роль ТТ заключается в развитии персистирующей инфекции [19, 20]. Введенный мышам внутривенно ТТ преимущественно обнаруживался в двух органах: селезенке и мозге. Эффект ТТ был дозозависимым. Введенный в низких концентрациях ТТ связывался с моноцитами, лимфоцитами, макрофагами, помогая S. Typhi устанавливать персистирующую инфекцию. В высоких концентрациях ТТ вызывал смерть иммунных клеток [19, 20].
Что касается действия ТТ на человека, то здесь следует отметить следующие аспекты. У выздоравливающих от брюшного тифа пациентов были определены высокие титры антител к компонентам ТТ [21]. В опытах на добровольцах, которые были инфицированы штаммами S. Typhi дикого типа и мутантами с делецией в гене ТТ, было показано, что ТТ не оказывал влияния на развитие острой фазы инфекционного процесса [10].
Как известно, S. Typhi может вызвать хроническую, вялотекущую инфекцию в желчном пузыре. Эпидемические исследования в эндемичных по брюшному тифу регионах показали, что большинство хронически инфицированных носителей S. Typhi страдали желчекаменной болезнью, что, в свою очередь, являлось предрасполагающим фактором развития рака желчного пузыря. В этой связи ТТ, который повреждает ДНК, рассматривается как канцерогенный фактор [22].
По представленным результатам видно, что развитие системной инфекции, характерной для брюшного тифа, которая может переходить в хроническую персистирующую, связано с избеганием возбудителя от иммунного ответа или его подавлением. Ускользание S. Typhi от иммунного ответа и его возможное подавление связано с экспрессией генов специфического для S. Typhi островка патогенности 7. Экспрессия гена tviA этого ОПС7 дает микробу возможность избежать узнавания иммунной системой. Особый интерес представляет продукт другого гена ОПС7, тифоидный генотоксин, конкретный молекулярный механизм действия которого в развитии патогенеза хронического носительства S. Typhi еще недостаточно изучен.
Детальное изучение роли ТТ в патогенезе хронического носительства при брюшном тифе, по мнению [14, 16, 23], будет способствовать развитию новых методов диагностики, лечения и предупреждения развития носительства S. Typhi, а в свете новых данных – и предупреждению развития рака желчного пузыря.

Информация о финансировании. Финансирование данной работы не проводилось.

Financial support. No financial support has been provided for this work.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Conflict of interests. The authors declare that there is no conflict of interest.


Литература/References
1. Buckle GC, Walker CL, Black RE. Typhoid fever and paratyphoid fever: systemic review to estimate global morbidity and mortality for 2010. J Glob Health. 2012;2:010401. DOI: 10.7189/jogh.02.010401
2. De Jong HK, Parry CM, van der Poll T, Wiersinga WJ. Host-hathogen interaction in invasive salmonellosis. PLoS Pathog. 2012;8(10):e1002933. DOI: 10.1371/journal.ppat.1002933
3. Gal-Mor O, Boyle EC, Grassl GA. Same species different disease: how and why typhoidal and non-typhoidal Salmonella entericа serivars differ. Front microbiology. 2014;5:391-398. DOI: 10.3389/fmicb.2014.00391
4. Бойченко МН, Зверев ВВ, Волчкова ЕВ, Белая ОФ. Некоторые вопросы молекулярного патогенеза внутриклеточного паразитизма бактерий. Инфекционные болезни. 2017;15(4):77-81. DOI: 10.20953/1729-9225-2018-2-92-98 /Boichenko MN, Zverev VV, Volchkova EV, Belaya OF. Some problems of molecular pathogenesis of intracellular parasitism of bacteria. Infekc. bolezni (Infectious diseases). 2017;15(4):77-81. DOI: 10.20953/1729-9225-2017-4-77-81 (In Russian).
5. Бойченко МН, Зверев ВВ, Волчкова ЕВ. Взаимодействие сальмонелл с организмом хозяина. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2017;4:91-100. / Boichenko MN, Zverev VV, Volchkova EV. Interaction of salmonella with host organism. Journal of microbiology, epidemiology and immunobiology. 2017;(4):91-100. DOI: 10.36233/0372-9311-2017-4-91-100 (In Russian).
6. Sabbagh SC, Forest CG, Lepage C, Leclerc JM, Daigle F. So similar yet different: unconverting distinctive features in the genomes of Salmonella enterica serovar Typhimurium and Typhi. FEMS Microbiol Lett. 2010;305:1-13. DOI: 10.1111/j.1574-6968.2010.01904.x
7. Byndloss MX, Tsolis RM. Chronic bacterial pathogens: mechanisms of persistence. Microbiol Spectr. 2016;4(2). DOI: 10.1128/microbiospec.VMBF-0020-2015
8. Thakur A, Mikkelsen H, Jungersen G. Intracellular pathogens: host immunity and microbial resistance strategies. J Immunol Res. 2019:1356540. DOI: 10.1155/2019/1356540
9. Winter SE, Winter MG, Thiennimitr P, Gerriets VA, Nuccio SP, Russmann H, et al. The TviA auxiliary protein renders the Salmonella enterica serotype Typhi RcsB regulon responsive to changes in osmolarity. Mol Microbiol. 2009;74:175-193. DOI: 10.1111/j.1365-2958.2009.06859.x
10. Gibani MM, Jones E, Barton A, Jin C, Meek J, Camara S, et al. Investigation of the role of typhoid toxin in acute typhoid fever in a human challenge model. Nat Med. 2019;25(7):1082-1088. DOI: 10.1038/s41591-019-0505-4
11. Haghjoo E, Galan JE. Salmonella Typhi encodes a functional cytolethal distending toxin that is delivered into host cells by a bacterial-internalization pathway. Proc Natl Acad Sci USA. 2004;101(13):4614-4619. DOI: 10.1073/pnas.0400932101
12. Spano S, Ugalde JE, Galan JE. Delivery of a Salmonella Typhi exotoxin from a host intracellular compartment. Cell Host Microbe. 2008;3(1):30-38. DOI: 10.1016/j.chom.2007.11.001
13. Hodak H, Galan JE. A Salmonella Typhi homologue of bacteriophage muramidases controls typhoid toxin secretion. EMBO Rep. 2013;14(1):95-102. DOI: 10.1038/embor.2012.186
14. Song J, Gao X, Galan JE. Structure and function of the Salmonella Typhi chimaeric A(2)B(5) typhoid toxin. Nature.2013;499(7458):350-354. DOI: 10.1038/nature 12377
15. Chang SJ, Song J, Galan JE. Receptor-mediated sorting of typhoid toxin during its export from Salmonella Typhi-infected cells. Cell Host Microbe. 2016;20(5):682-689. DOI: 10.1016/j.chom.2016.10.005
16. Galan JE. Typhoid toxin provides a window into typhoid fever and the biology of Salmonella Typhi. Proc Natl Acad Sci USA. 2016;113(23):6338-6344. DOI:10.1073/pnas.1606335113
17. Chong A, Lee S, Yang YA, Song J. The role of typhoid toxin in Salmonella Typhi virulence. Yale J. Biol. Med. 2017;90(2);283-290.
18. Wang IN, Smith DL, Young R. Holins: The protein clocks of bacteriophage infections. Annu Rev Microbiol. 2000;54:799-825. DOI: 10.1146/annurev.micro. 54.1.799
19. Song J, Willinger T, Rongvaux A, Eynon EE, Stevens S, Manz MG, et al. A mouse model for the human pathogen Salmonella Typhi. Cell Host Microbe. 2010;8(4): 369-376. DOI: 10.1016/j.chom.2010.09.003
20. Del Bel Belluz L, Guidid R, Pateras I, Levi L, Mihaljevic B, Rouf SF, et al. The typhoid toxin promotes host survival and the establishment of a persistent asymptomatic infection. PLoS Pathog. 2016;12(4);e1005528. DOI: 10.1371/journal.ppat.1005528
21. Liang L, Juarez S, Nga TV, Dunstan S, Nakajima-Sasaki R, Davies DH, et al. Immune profiling with a Salmonella Typhi antigen microarray identifies new diagnostic biomarkers of human typhoid. Sci Rep. 2013;3:1043. DOI: 10.1038/srep01043
22. Di Domenico EG, Cavallo I, Pontone M, Toma L, Ensoli F. Biofilm producing Salmonella Typhi: chronic colonization and development of gallbladder cancer. Int J Mol Sci. 2017;18(9):pii:E1887. DOI: 10.3390/ijims18091887
23. Chang SJ, Jin SC, Jiao X, Galan JE. Unique features in the intracellular transport of typhoid toxin revealed by a genome-wide screen. PLoS Pathog. 2019;15(4): e1007704. DOI: 10.1371/journal.ppat.1007714
24. Ibler AEM, El Ghazaly M, Naylor KL, Bulgakova NA, El-Khamisy SF, Humphreys D. Typhoid toxin exhausts the RPA response to DNA replication stress driving senescence and Salmonella infection. Nat Commun. 2019;10:4040. DOI: 10.1038/s41467-019-12064-1


Читать в pdf

Яндекс.Метрика