Ученые исследовали, как меняется количество низкомолекулярных веществ в клетке и в крови при сепсисе. Оказалось, что один из фундаментальных механизмов развития сепсиса — это нарушение функционального единства организма человека с микромиром бактерий. Микробы разрушают аминокислоты, и продукты (метаболиты) этих разрушений не дают клеткам производить энергию, что ведет к нарушению работы органов и дальнейшему развитию сепсиса. Полученные результаты помогут врачам эффективнее диагностировать это опасное системное воспаление.Исследование проводилось при поддержке Российского научного фонда.
Фото: Depositphotos / PhotoXPress.ru
Фото: Depositphotos / PhotoXPress.ru
Когда организм ослаблен из-за тяжелых заболеваний, инфекционных осложнений после травм или хирургических операций, часто развивается сепсис. Это бактериальное воспаление, которое проявляется в нарушении нормальной работы внутренних органов. Согласно расчетам Всемирной организации здравоохранения, он ежегодно развивается более чем у 30 млн человек и, предположительно, уносит жизни 6 млн человек. Сейчас ученые ищут ответ на вопрос, почему при сепсисе вслед за нарушениями в работе одного органа быстро нарушается работа других — легких, сердца, мозга, почек, печени — и снижается иммунитет. Из-за этого процесс становится неуправляемым и начинает угрожать жизни пациента. Ранее авторы работы установили, что при сепсисе в крови пациентов накапливаются фенольные метаболиты — продукты разрушения ароматических аминокислот микробами. Чем больше их концентрация в крови, тем выше риск летального исхода. Но долго оставалось неясным, как именно бактериальные метаболиты могут влиять на работу органов.
В последнее время ученые связывают нарушение работы органов при сепсисе с нарушением работы митохондрий, играющих роль энергетических станций клетки. Они могут синтезировать для себя некоторые белки и схожи с бактериями. Поэтому одна из научных гипотез предполагает, что когда-то в древности митохондрии сами могли быть бактериями. Сепсис вызывает снижение выработки этими органеллами энергии, что пагубно сказывается на жизнедеятельности клетки. Нарушение работы митохондрий принято объяснять кислородным голоданием, закислением и иммунным дисбалансом, но не влиянием бактерий.
Российские ученые из лаборатории метаболизма при критических состояниях НИИ общей реаниматологии в своем исследовании сопоставили количество фенольных бактериальных метаболитов как индикатор сепсиса и метаболитов митохондрий как индикатор нарушения работы органелл. Особое внимание среди метаболитов митохондрий авторы работы уделили итаконовой кислоте как возможному маркеру системного воспаления.
Ученые получили и исследовали 103 образца сыворотки крови от пациентов с сепсисом на ранней и поздней стадиях и от здоровых людей. Результаты показали, что в крови здоровых людей уровни микробных метаболитов и метаболитов митохондрий были стабильно низкими. В то же время при сепсисе концентрация фенольных микробных метаболитов в крови оказалась в среднем в 30 раз выше, чем без него, и возрастала пропорционально тяжести состояния.
Итаконовую кислоту обнаружили в крови только на ранней стадии сепсиса, а уровни других метаболитов митохондрий (например, янтарной кислоты) существенно возрастали уже на поздней стадии, при прогрессировании нарушений работы органов и неблагоприятном прогнозе. В серии экспериментов с митохондриями invitro (в пробирке) ученым удалось выяснить, что определенные фенольные метаболиты бактерий, характерные для сепсиса, способны препятствовать производству энергии в клетках, подавляя определенные ферменты, например, сукцинатдегидрогеназу. Это ведет к нарушению работы органов.
«Мы показали, что одним из фундаментальных механизмов развития сепсиса является нарушение функционального единства организма человека с бактериальным микромиром и происходит это на уровне низкомолекулярных метаболитов. Другими словами — мы приступили к расшифровке “древнего языка общения” малых молекул микробного происхождения с эукариотическими клетками. Новые знания в перспективе могут использоваться для целенаправленной регуляции бактериального метаболизма, направленной на защиту и восстановление функции митохондрий. В практической медицине эти исследования помогут разработать новую стратегию антимикробной терапии, новые мишени для экстракорпоральной, то есть внеорганизменной, детоксикации, а также новые диагностические тесты. Благодаря этому врачи смогут сохранить жизнь многим тяжелым пациентам»,— прокомментировала руководитель проекта Наталья Белобородова, доктор медицинских наук, заведующая лабораторией метаболизма при критических состояниях НИИ общей реаниматологии им. В. А. Неговского Федерального научно-клинического центра реаниматологии и реабилитологии (Москва).
По материалам SerumLevelsofMitochondrialandMicrobialMetabolitesReflectMitochondrialDysfunctioninDifferentStagesofSepsis; NataliaBeloborodova, AlisaPautova, AleksandrSergeev, NadezhdaFedotcheva, журнал Metabolites, октябрь 2019 г.