Наночастицы отличают бактериальную пневмонию от вирусной
Чтобы узнать, из-за чего началась пневмония, нужно определить, с кем воюет иммунитет — с вирусами или с бактериями.
Пневмония, или воспаление лёгких, — болезнь с определённым набором симптомов, однако эти симптомы могут возникнуть из-за разных инфекций. Чаще всего пневмония возникает из-за бактерий или вирусов, хотя есть и грибковые пневмонии, и пневмонии, возникшие по вине круглых червей, токсоплазм или малярийного паразита, бывают даже неинфекционные пневмонии. Но в большинстве случаев, повторим, причиной выступают бактерии или вирусы, причём и те и другие тоже могут быть разные.
В зависимости от того, из-за вируса или из-за бактерии началась пневмония, нужно подобрать тот или иной способ лечения. Против бактерий обычно используют антибиотики. Против вирусов же антибиотики не работают (хотя тут есть отдельные исключения), и в случае вирусной инфекции нужно думать, как простимулировать противовирусный ответ в иммунной системе — причём так, чтобы иммунитет не уничтожил сами лёгкие. Конечно, давно есть методы, позволяющие увидеть в биологических медицинских образцах и бактерии, и вирусы. Но в одном и том же образце может быть и бактерия, способная вызвать пневмонию, и вирус, способный вызвать пневмонию, и кто из них тогда конкретная причина? Например, пневмококк Streptococcus pneumoniae может спокойно обитать в дыхательных путях, никак не беспокоя, но потом вдруг у человека начинается пневмония, и в анализе видят пневмококка и риновирус. Может быть, это риновирус всё начал, а может, что-то случилось с бактерией, может быть, антибактериальный иммунитет ослаб, и бактерия начала активно размножаться и вредить нашим клеткам.
В общем, нужен надёжный метод, который бы позволял отличить вирусную пневмонию от бактериальной, а ещё лучше — чтобы позволял определить вид бактерии и вируса. Санджита Бхатиа (Sangeeta N. Bhatia) и её коллеги из Массачусетского технологического института предлагают использовать для этого набор наночастиц, покрытых особыми пептидами. Пептиды на наночастицах связываются не с бактериями и вирусами — они связываются с ферментами, уровень которых повышается во время инфекции. Иммунитет по-разному реагирует в зависимости от того, с кем ему приходится бороться, с вирусами или бактериями. В различных иммунных клетках активируются те или иные гены, и среди них гены протеаз — ферментов, расщепляющих белки. При респираторных инфекциях, в зависимости от типа инфекции, иммунитет оперирует набором из 39 протеаз. Каких-то из них становится больше, и если знать, какие из тридцати девяти протеаз сейчас особенно активны, можно узнать, против кого воюет иммунная система.
В статье в PNAS описаны двадцать типов наночастиц с пептидами, которые протеазы должны расщеплять. Разные протеазы работают по-разному, соответственно, и пептиды на наночастицах тоже разные. К пептидам прикреплены молекулы, которые отправляются в свободное плавание, если пептид расщепила протеаза. Эти молекулы быстро оказываются в моче, где их легко проанализировать.
Эксперименты ставили с мышами, которых заражали одной из трёх пневмонийных бактерий или одним из двух пневмонийных вирусов. Животным вводили в трахею набор из двадцати наночастиц, потом у них брали на анализ мочу, и специальный алгоритм обсчитывал уровень сигнальных молекул, определяя, какой именно возбудитель вызвал пневмонию. Весь анализ занимал два часа и позволял точно отличить вирусную пневмонию от бактериальной.
Насчёт того, чтобы определить конкретную бактерию или вирус, то тут результаты получались уже не очень точными, однако авторы работы полают, что метод возможно усовершенствовать. И если говорить о клинических перспективах, то для человека всю процедуру можно упростить так, чтобы наночастицы можно было просто вдыхать из ингалятора, а для анализа использовать выдыхаемый воздух, как это делают в экспресс-тестах на алкоголь.
