Ученые из Люксембургского центра системной биомедицины (LCSB) Университета Люксембурга обнаружили, что иммунные клетки в головном мозге могут вырабатывать вещество, предотвращающее рост бактерий, а именно итаконовую кислоту. До сих пор биологи предполагали, что итаконовая кислота вырабатывается только некоторыми грибами. Команда, работающая с доктором. Карстен Хиллер, руководитель группы метаболомики LCSB, и доктор. Алессандро Микелуччи показал, что даже так называемые микроглиальные клетки у млекопитающих также способны вырабатывать эту кислоту.
"Это новаторский результат," говорит проф. Доктор. Руди Баллинг, директор LCSB: "Это первое доказательство наличия в головном мозге эндогенного антибиотика." Исследователи опубликовали свои результаты в престижном научном журнале PNAS.
Алессандро Микелуччи – клеточный биолог, специализирующийся на неврологии. Это идеальная комбинация для LCSB с акцентом на нейродегенеративные заболевания и особенно болезнь Паркинсона – i.е. изменения в клетках нервной системы человека. "Мало что известно об иммунных реакциях мозга," говорит Микелуччи. "Однако, поскольку мы подозреваем, что между иммунной системой и болезнью Паркинсона существует связь, мы хотим выяснить, что происходит в мозге, когда мы запускаем там иммунный ответ." С этой целью Микелуччи привел культуры клеток микроглии, иммунных клеток мозга, в контакт со специфическими составляющими бактериальных мембран. Клетки микроглии проявили ответ и произвели коктейль из продуктов метаболизма.
Этот коктейль впоследствии был проанализирован группой метаболомики Карстена Хиллера. При ближайшем рассмотрении ученые обнаружили, что производство одного вещества, в частности, итаконовой кислоты, было усилено. "Итаконовая кислота играет центральную роль в производстве пластмасс. Промышленные биореакторы используют грибы для массового производства," говорит Хиллер: "Осознание того, что клетки млекопитающих синтезируют итаконовую кислоту, стало большим сюрпризом."
Однако не было известно, как клетки млекопитающих могут синтезировать это соединение. Путем сравнения последовательностей ферментов грибов с последовательностями белков человека Карстен Хиллер затем идентифицировал человеческий ген, который кодирует белок, аналогичный таковому у грибов: иммунореактивный ген 1 или сокращенно IRG1 – наиболее захватывающее открытие, как функция этого ген не был известен. Говорит Хиллер: "Что касается IRG1, то здесь много неизведанной территории. Что мы действительно знали, так это то, что он, кажется, играет некоторую роль в общей картине иммунного ответа, но какова именно эта роль, мы не были уверены."
Чтобы изменить эту ситуацию, команда отключила IRG1 в культурах клеток и вместо этого добавила ген в клетки, которые обычно его не экспрессируют. Эксперименты подтвердили, что у млекопитающих IRG1 кодирует фермент, продуцирующий итаконовую кислоту. Но почему? Когда иммунные клетки, такие как макрофаги и микроглиальные клетки, поглощают бактерии, чтобы их инактивировать, злоумышленники фактически могут выжить, используя особый метаболический путь, называемый глиоксилатным шунтом. По словам Хиллера, "макрофаги производят итаконовую кислоту, чтобы помешать этой стратегии выживания бактерий.
Кислота блокирует первый фермент в пути глиоксилата. Вот как макрофаги частично подавляют рост, чтобы поддерживать врожденный иммунный ответ и переваривать поглощенные ими бактерии." Директор LCSB Проф. Доктор. Руди Баллинг описывает возможности, которые предлагают эти идеи: "Болезнь Паркинсона очень сложна и имеет множество причин. Теперь мы намерены изучить важность инфекций нервной системы в этом отношении – и может ли итаконовая кислота играть роль в диагностике и лечении болезни Паркинсона."