В повседневной жизни нас окружают бесчисленные патогены, способные вызывать различные инфекции. Это бактерии, вирусы, грибы, простейшие и так далее. К счастью, иммунитет человека обычно не дремлет: быстро узнает и уничтожает нежелательных пришельцев, попавших в организм. Таким может стать аспергилл дымящий — вид плесневых грибов, который питается отмершей органикой и может паразитировать на человеке.
Споры аспергилла — иными словами, конидии, нужные для бесполого размножения,— встречаются в окружающей среде буквально повсюду. Они пребывают в покоящемся состоянии и прорастают, лишь попав в благоприятные условия. Например, в организме человека. Если он здоров, даже проникшие в легкие конидии A. fumigatus не могут развиваться: их убивают клетки иммунной системы.
Однако что будет, если иммунитет ослаблен? У пациентов с иммунодефицитом, скажем из-за ВИЧ-инфекции или на фоне химиотерапии опухолей, может развиться аспергиллез. Другая группа риска — люди с врожденной нейтропенией, то есть недостатком нейтрофилов. Это клетки крови человека, белые кровяные тельца, которые уничтожают патогены. У людей с нейтропенией заражение аспергиллом вызывает тяжелую болезнь с высокой смертностью, даже несмотря на имеющиеся методы диагностики и препараты против грибных инфекций.
Известно, что без помощи нейтрофилов другие клетки иммунитета — макрофаги (активно захватывают и разрушают патогены) и дендритные клетки (имеют разветвленную форму и хранят антигены возбудителей инфекции) сами не справляются с грибковой инфекцией. Тем не менее два таких типа клеток могут помешать спорам гриба прорасти. Это делает макрофаги и дендритные клетки перспективной мишенью для таргетной терапии грибковых инфекций. Иначе говоря, воздействуя на них, мы можем лечить заболевание.
В различных частях дыхательных путей обнаружены разные популяции макрофагов и дендритных клеток, которые по-разному могут участвовать в иммунном ответе. Поэтому необходимо детальное понимание того, как конидии гриба распределяются по дыхательной системе и как взаимодействуют с конкретными типами клеток иммунитета.
Распределение конидий A. fumigatus в легких мышей. Источник: Pavelchenko et al. / Frontiers in Fungal Biology, 2025
Ученые сравнили пространственное распределение конидий в дыхательных путях здоровых мышей и с нейтропенией. Это патологическое состояние у животных вызвали с помощью крысиных антител к Gr-1 — белку на поверхности нейтрофилов.
Чтобы получить точные значения плотности конидий в разных частях дыхательной системы, а также количественно описать их взаимодействия с иммунными клетками, биофизики сочетали два метода визуализации. Это получение изображений отдельных долей легкого, которое оценивает относительную плотность и распределение спор гриба, а также анализ с большим разрешением препарата главного бронха. Ученые применили иммуногистохимическое окрашивание и «оптическую очистку» препаратов долей легкого.
Для этого исследователи разработали новый подход обработки изображений, чтобы проанализировать локализацию флуоресцентно меченого аспергилла в дыхательных путях разного «калибра». В том числе в главных бронхах (они отходят от трахеи), средних бронхах, соединенных с альвеолами бронхиолах и в самих альвеолах.
Затем проводили опыты с трансгенными мышами, которым ввели в ДНК ген, кодирующий белок EGFP под промотором белка CD11c. CD11c — это гликопротеин, рецептор на поверхности иммунных клеток, необходимый для фагоцитоза, то есть поглощения клеткой твердых частиц, в том числе патогенов. Одна из частей молекулы CD11c (альфа-цепь) служит маркером макрофагов и дендритных клеток. То есть помогает распознать эти клетки среди множества других популяций, работающих в иммунной системе. Между тем EYFP — это желтый флуоресцентный белок, который светится и служит меткой, помогающей отслеживать трансгенные клетки.
Ученые сделали вывод, что у мышей со здоровым иммунитетом конидии аспергилла оседают главным образом в альвеолах, но не на бронхиальном дереве. Спустя 72 часа после заражения споры гриба уже не перераспределяются. Из этого и более ранних исследований следует, что число конидий в альвеолах здоровых мышей не может быть достаточным для начала инфекции. Меньшую концентрацию спор в различных бронхах здоровых мышей связали с их удалением с помощью слизи и работы ресничного эпителия.
Однако у мышей с дефицитом нейтрофилов доля конидий, осевших на бронхиальном дереве, была заметно выше — до 60%. По мнению ученых, это указывает на нарушенную способность легких к самоочищению.
«Люди ежедневно вдыхают споры Aspergillus fumigatus, и нейтрофилы обеспечивают выведение патогенов грибной природы из респираторного тракта, в том числе путем фагоцитоза. Мы показали, что в отсутствие нейтрофилов их функцию частично берут на себя резидентные фагоцитарные клетки, такие как макрофаги и дендритные клетки. Несмотря на это в бронхах мышей с нейтропенией задерживается больше конидий, чем у иммунокомпетентных мышей»,— отметил научный сотрудник лаборатории перспективных исследований мембранных белков МФТИ Андрей Богородский.
