Hệ thống miễn dịch hoạt động trong ruột để kiểm soát vi khuẩn

Vi khuẩn Yersinia gây ra nhiều loại bệnh cho người và động vật, nổi tiếng nhất là bệnh dịch hạch do Yersinia pestis gây ra . Một họ hàng, Yersinia pseudotuberculosis , gây bệnh đường tiêu hóa và ít nguy hiểm hơn nhưng lây nhiễm tự nhiên cho cả chuột và người, khiến nó trở thành một mô hình hữu ích để nghiên cứu các tương tác của nó với hệ thống miễn dịch.

quảng cáo

Hai mầm bệnh này, cũng như họ hàng gần thứ ba, Y. enterocolitica , ảnh hưởng đến lợn và có thể gây bệnh truyền qua thực phẩm nếu con người ăn thịt bị nhiễm bệnh, có nhiều đặc điểm chung, đặc biệt là sở trường can thiệp vào khả năng phản ứng của hệ thống miễn dịch để nhiễm trùng.

Tác nhân gây bệnh dịch hạch lây truyền qua máu và lây truyền qua bọ chét bị nhiễm bệnh. Nhiễm trùng với hai loại còn lại phụ thuộc vào việc ăn phải. Tuy nhiên, trọng tâm của phần lớn công việc trong lĩnh vực này là sự tương tác của Yersinia với các mô bạch huyết, thay vì ruột. Một nghiên cứu mới về Y. pseudotuberculosis do một nhóm từ Trường Thú y Penn đứng đầu và được công bố trên tạp chí Nature Microbiology chứng minh rằng, để phản ứng với nhiễm trùng, hệ thống miễn dịch của vật chủ hình thành các tổn thương nhỏ, có vách ngăn trong ruột gọi là u hạt. Đây là lần đầu tiên những bộ sưu tập tế bào miễn dịch có tổ chức này được tìm thấy trong ruột để đáp ứng với nhiễm trùng Yersinia .

Nhóm nghiên cứu tiếp tục chỉ ra rằng bạch cầu đơn nhân, một loại tế bào miễn dịch, duy trì các u hạt này. Không có chúng, các u hạt xấu đi, cho phép Yersinia vượt qua chuột .

"Dữ liệu của chúng tôi tiết lộ một địa điểm trước đây không được đánh giá cao, nơi Yersinia có thể xâm chiếm và hệ thống miễn dịch hoạt động," Igor Brodsky, tác giả chính của công trình và là giáo sư kiêm chủ tịch khoa bệnh học tại Penn Vet cho biết. "Những u hạt này hình thành để kiểm soát sự lây nhiễm vi khuẩn trong ruột. Và chúng tôi chỉ ra rằng nếu chúng không hình thành hoặc không được duy trì, vi khuẩn có thể vượt qua sự kiểm soát của hệ thống miễn dịch và gây nhiễm trùng toàn thân lớn hơn."

Brodsky cho biết những phát hiện này có ý nghĩa đối với việc phát triển các liệu pháp mới thúc đẩy hệ thống miễn dịch của vật chủ. Họ nói rằng một loại thuốc khai thác sức mạnh của các tế bào miễn dịch để không chỉ kiểm soát Yersinia mà còn vượt qua khả năng phòng vệ của nó, có khả năng loại bỏ hoàn toàn mầm bệnh.

Y. pestis , Y. pseudotuberculosis và Y. enterocolitica có chung khả năng trốn tránh sự phát hiện miễn dịch.

Brodsky nói : “Trong cả ba trường hợp nhiễm Yersinia , một dấu hiệu nổi bật là chúng xâm chiếm các mô bạch huyết và có thể thoát khỏi sự kiểm soát miễn dịch và nhân lên, gây bệnh và lây lan.

Các nghiên cứu trước đó đã chỉ ra rằng Yersinia đã thúc đẩy sự hình thành u hạt trong hạch bạch huyết và lá lách nhưng chưa bao giờ quan sát thấy chúng trong ruột cho đến khi Daniel Sorobetea, một nhà nghiên cứu trong nhóm của Brodsky, xem xét kỹ hơn ruột của những con chuột bị nhiễm Y. pseudotuberculosis .

Brodsky nói: “Bởi vì nó là mầm bệnh lây truyền qua đường miệng nên chúng tôi quan tâm đến cách vi khuẩn hoạt động trong ruột. "Daniel đã đưa ra quan sát ban đầu này rằng, sau khi nhiễm trùng Yersinia pseudotuberculosi , có những tổn thương có thể nhìn thấy bằng kính hiển vi dọc theo chiều dài của ruột mà chưa từng được mô tả trước đây."

Nhóm nghiên cứu, bao gồm Sorobetea và sau đó là Rina Matsuda, một nghiên cứu sinh tiến sĩ trong phòng thí nghiệm, đã thấy rằng những tổn thương tương tự này xuất hiện khi chuột bị nhiễm Y. enterocolitica , hình thành trong vòng năm ngày sau khi nhiễm bệnh.

Sinh thiết các mô ruột đã xác nhận rằng các tổn thương là một loại u hạt, được gọi là u hạt mủ, bao gồm nhiều loại tế bào miễn dịch, bao gồm bạch cầu đơn nhân và bạch cầu trung tính, một loại tế bào bạch cầu khác là một phần của tuyến đầu trong cơ thể trong cuộc chiến vi khuẩn và virus.

U hạt hình thành trong các bệnh khác liên quan đến nhiễm trùng mãn tính, bao gồm cả bệnh lao, mà Y. pseudotuberculosis được đặt tên. Hơi nghịch lý, những u hạt này -- trong khi chìa khóa trong việc kiểm soát nhiễm trùng bằng cách ngăn chặn tác nhân lây nhiễm -- cũng duy trì quần thể mầm bệnh bên trong những bức tường đó.

Nhóm nghiên cứu muốn hiểu làm thế nào các u hạt này được hình thành và duy trì, nghiên cứu trên những con chuột thiếu bạch cầu đơn nhân cũng như động vật được điều trị bằng kháng thể làm cạn kiệt bạch cầu đơn nhân. Ở những động vật thiếu bạch cầu đơn nhân, "những u hạt này, với cấu trúc riêng biệt của chúng, sẽ không hình thành," Brodsky nói.

Thay vào đó, một ổ áp xe hoại tử và vô tổ chức hơn đã phát triển, bạch cầu trung tính không được kích hoạt và chuột ít có khả năng kiểm soát vi khuẩn xâm nhập. Những con vật này đã trải qua mức độ vi khuẩn cao hơn trong ruột của chúng và không thể chống lại sự lây nhiễm của chúng.

Nền tảng cho tương lai

Các nhà nghiên cứu tin rằng các bạch cầu đơn nhân chịu trách nhiệm tuyển dụng bạch cầu trung tính đến vị trí nhiễm trùng và do đó khởi động sự hình thành u hạt, giúp kiểm soát vi khuẩn. Các nhà nghiên cứu tin rằng vai trò hàng đầu này của bạch cầu đơn nhân có thể tồn tại ngoài ruột.

Brodsky nói: “Chúng tôi đưa ra giả thuyết rằng đó cũng là vai trò chung của bạch cầu đơn nhân trong các mô khác.

Nhưng những khám phá này cũng chỉ ra rằng ruột là nơi tiếp xúc chính giữa hệ thống miễn dịch và Yersinia .

Brodsky cho biết: “Trước nghiên cứu này, chúng tôi đã biết các mảng Peyer là vị trí chính mà cơ thể tương tác với môi trường bên ngoài thông qua mô niêm mạc của ruột. Các mảng Peyer là những vùng nhỏ của mô bạch huyết có trong ruột dùng để điều chỉnh hệ vi sinh vật và chống nhiễm trùng.

Trong công việc trong tương lai, Brodsky và các đồng nghiệp hy vọng sẽ tiếp tục ghép nối cơ chế mà bạch cầu đơn nhân và bạch cầu trung tính chứa vi khuẩn, một nỗ lực mà họ đang theo đuổi với sự cộng tác của phòng thí nghiệm Sunny Shin tại khoa vi sinh của Trường Y khoa Perelman.

Một sự hiểu biết sâu sắc hơn về các con đường phân tử điều chỉnh phản ứng miễn dịch này một ngày nào đó có thể đưa ra các liệu pháp miễn dịch hướng vào vật chủ, theo đó một loại thuốc có thể vượt qua quy mô có lợi cho hệ thống miễn dịch của vật chủ, giải phóng sức mạnh của nó để tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn thay vì chỉ đơn giản là nhốt chúng trong u hạt.

Brodsky nói: "Những liệu pháp này đã gây ra sự bùng nổ hứng thú trong lĩnh vực ung thư, "ý tưởng tái tạo hệ thống miễn dịch. Về mặt khái niệm, chúng ta cũng có thể nghĩ về cách thuyết phục hệ thống miễn dịch được tiếp thêm sinh lực để tấn công mầm bệnh trong những trường hợp bệnh mãn tính này". cũng bị nhiễm trùng."

Igor E. Brodsky là Giáo sư Robert R. Marshak và là chủ nhiệm Khoa Sinh bệnh học tại Trường Thú y Đại học Pennsylvania.

Rina Matsuda là nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Phòng thí nghiệm Brodsky tại Trường Thú y Penn.

Daniel Sorobetea là nghiên cứu viên tại Phòng thí nghiệm Brodsky tại Trường Thú y Penn.

Nguồn Đại học Pennsylvania