Когда ученые оценивают опасность бактерии, первый вопрос часто кажется простым: можно ли ее остановить или необходимо уничтожить? В микробиологии и исследованиях антибиотиков одним из классических показателей является способность бактерии расти в присутствии определенного препарата: бактерия либо растет, либо нет, препарат либо останавливает ее рост, либо нет.
Но инфекция — это не просто борьба за выживание. Действия бактерий вблизи клеток человека могут быть не менее важны, чем их жизнеспособность. Проникают ли они в клетки хозяина, распространяются ли они по многим клеткам или накапливаются в больших количествах лишь в нескольких, вызывают ли они повреждение ДНК, которое может способствовать воспалению, повреждению тканей или развитию долгосрочных заболеваний — для решения этих вопросов исследователи из Биологического исследовательского центра HUN-REN в Сегеде и Венгерского центра передового опыта в области молекулярной медицины разработали MALVINA, сокращение от Machine Learning-Based Virulence Interaction Analysis (анализ взаимодействия вирулентности на основе машинного обучения). Метод связывает то, что раньше изучали по отдельности: поведение бактерий, реакцию клеток, повреждение ДНК и генетику штамма.
Метод проверили на четырех штаммах кишечной палочки: безвредном, болезнетворных и вырабатывающих токсин, повреждающий ДНК. Каждый показал свой профиль: одни проникали во многие клетки, другие накапливались в большом количестве, но в части клеток, третьи сильнее вредили ДНК.
Бактерии редко действуют в одиночку — в кишечнике, на слизистых оболочках или в инфицированных тканях патогены окружены другими микробами. Поэтому исследователи задались вопросом, что происходит, когда два штамма бактерий одновременно сталкиваются с клетками человека. Оказалось, что инвазивный штамм кишечной палочки, связанный с воспалительными заболеваниями кишечника, способствовал проникновению в клетки хозяина изначально безвредного лабораторного штамма. В других комбинациях возникала конкуренция: генотоксичный, повреждающий ДНК штамм снижал способность негенотоксичных, но инвазивных конкурентов проникать в клетки. Вирулентность бактерий не всегда является изолированным свойством отдельного штамма — она может зависеть от окружающих его микробных соседей.
Ученые также установили, что лекарства могут не только убивать бактерии, но и изменять поведение, связанное с вирулентностью.
MALVINA делает видимым происходящее на уровне отдельных клеток и поможет выявлять опасные штаммы, разрабатывать пробиотики и искать препараты, которые не только убивают патогены, но и снижают их вредность.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что ИИ выходит из-под контроля: кто теперь будет следить за нейросетями.