ВЛИЯНИЕ ЭКЗОМЕТАБОЛИТОВ ПАЛЕОБАКТЕРИЙ РОДА BACILLUS ИЗ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД НА МЕХАНИЗМЫ ФОРМИРОВАНИЯ ИММУННОГО ОТВЕТА IN VITRO

Резюме

Изучено влияние метаболитов палеобактерий Bacillus cereus штамм 875 TS многолетнемерзлых пород плейстоцен-голоценового периода на механизмы и направленность формирования иммунного ответа в культуре мононуклеарных клеток периферической крови человека in vitro. Установлено, что экзометаболиты палеобактерий значимо активируют дифференцировку моноцитов в субпопуляции промежуточных (CD14⁺CD16⁺) и неклассических (CD14^loCD16⁺) моноцитов, эффекторных CD4⁺- и CD8⁺-Т-лимфоцитов со сменой маркеров ранней (CD69), средней (CD25) и поздней (HLA-DR) активации, дифференцировку Treg (CD3⁺CD4⁺CD25^hiCD127^-), а также стимулируют синтез цитокинов IFNγ и IL-4 относительно контрольных уровней. К особенностям влияния экзометаболитов палеобактерий можно отнести зависимость иммуномодулирующей активности от способа их получения  – «холодовые» (получены от бактерий при их культивировании при 5ºС), «среднетемпературные» (22ºС) и «тепловые» (37ºС) метаболиты.  «Холодовые» метаболиты стимулируют преимущественно механизмы иммунного ответа с провоспалительной активностью, а именно – дифференцировку промежуточных CD14⁺CD16⁺-моноцитов, увеличение активности дифференцировки CD8⁺-Т-лимфоцитов и синтеза IFNγ. «Тепловые» метаболиты стимулируют преимущественно механизмы иммунного ответа с противовоспалительной активностью, а именно – дифференцировку неклассических CD14^loCD16⁺-моноцитов, увеличение активности дифференцировки CD4⁺-Т-лимфоцитов и секреции IL-4. Также к отличительной особенности можно отнести соотношение про- и противовоспалительных механизмов между собой, которые не зависят от вида экзометаболитов. Так, первые трое суток культивирования клеток активность дифференцировки CD8⁺-Т-лимфоцитов превалирует над дифференцировкой CD4⁺-Т-лимфоцитов, а уровень секреции IFNγ превышает уровень IL-4. На третьи сутки происходит значимое повышение уровня Treg, что сопровождается тенденцией к нормализации баланса между IFNγ(Th1) и IL-4(Th2) к седьмым суткам. Прослеживается четкое влияние Treg (CD3⁺CD4⁺CD25^hiCD127^-) на силу и продолжительность иммунного ответа. Повышение уровня Тreg происходит умеренно и кратковременно, что с одной стороны, препятствует чрезмерному развитию провоспалительных механизмов, с другой – не приводят к развитию длительной иммуносупрессии. Повышение на 1-3 сутки уровня Treg сопровождается снижением активности дифференцировки моноцитов в субпопуляции и синтеза провоспалительного цитокина IFNγ. Учитывая, что одной из главных функций индуцированных Тreg является подавление системных воспалительных, аутоиммунных и аллергических заболеваниях, повышение их активности под влиянием экзометаболитов палеобактерий Bacillus cereus штамма 875 TS может служить основой для разработки новых биопрепаратов для лечения широкого круга заболеваний.

1. Вахитов Т.Я., Петров Л.Н. Регуляторные функции экзометаболитов бактерий // Микробиология, 2006, T. 75, № 4, с. 483-488. Regulatory functions of bacterial exometabolites. Microbiology.

2. https://link.springer.com/article/10.1134/S0026261706040084

3. https://doi.org/10.1134/S0026261706040084

4. Воробьева Л.И. Стрессоры, стрессы и выживаемость бактерий // Прикладная биохимия и микробиология, 2004, T. 40, № 3, с. 261-269. Stressors, stress and survival of bacteria. Applied biochemistry and microbiology. https://link.springer.com/article/10.1023/B:ABIM.0000025941.11643.19

5. https://doi.org/10.1023/B:ABIM.0000025941.11643.19

6. Калёнова Л.Ф., Петров С.А., Суховей Ю.Г. Репарационный и иммуномодулирующий потенциал низкомолекулярных фракций вторичных метаболитов Bacillus sp.// БЭБИМ. – 2021. –Т. 172, №9. – С. 323-327. Repair and immunomodulatory potential of low molecular weight fractions of secondary metabolites of Bacillus sp. Bulletin of Experimental Biology and Medicine https://link.springer.com/article/10.1007/s10517-022-05387-5

7. 1007/s10517-022-05387-5

8. Проворов Н.А., Тихонович И.А. Генетические и молекулярные основы симбиотических адаптаций // Успехи современной биологии, 2014, T. 134, № 3, с. 211–226. Genetic and molecular basis of symbiotic adaptations. Advances in modern biology https://link.springer.com/article/10.1134/S2079086414060061

9. https://doi.org/10.1134/S2079086414060061

10. Николаев Ю.А., Мулюкин А.Л., Степаненко И.Ю., Эль-Регистан Г.И. Ауторегуляция стрессового ответа микроорганизмов // Микробиология, 2008, T. 75, № 4, с. 489-496. Autoregulation of the stress response of microorganisms. Microbiology https://link.springer.com/article/10.1134/S0026261706040096

11. https://doi.org/10.1134/S0026261706040096

12. Филиппова С.Н., Сургучева Н.А., Сорокин В.В. и др. Бактериофаги низкотемпературных систем Арктики и Антарктики // Микробиология, 2016, T. 85, № 3, с. 337-346. Bacteriophages in Arctic and Antarctic low-temperature systems. Microbiology https://colab.ws/articles/10.1134/s0026261716030048

13. 1134/s0026261716030048

14. Фрейдлин И.С. Регуляторные Т-клетки: происхождение и функции / Медицинская иммунология. – 2005. – Т. 7, № 4. – С. 347-354. Regulatory T cells: origin and functions.Medical immunology https://www.mimmun.ru/mimmun/article/view/467?locale=en_US

15. https://doi.org/10.15789/1563-0625-2005-4-347-354

16. Хайдуков С.В., Зурочка А.В. Цитометрический анализ субпопуляций Т-хелперов (Th1, Th2, Treg, Th17, Т-хелперы активированные) // Медицинская иммунология. – 2011. – Т.11, №1. – С.7-16. Cytometric analysis of T-helper subpopulations (Th1, Th2, Treg, Th17, activated T-helpers). Medical Immunology. https://www.mimmun.ru/mimmun/article/view/428?locale=en_US

17. https://doi.org/10.15789/1563-0625-2011-1-7-16

18. Athanassakis I., Vassiliadis S. T-regulatory cells: are we rediscovering T suppressor? Immunology Letters. – 2002. – Vol.84. – pp.179-183. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0165247802001827?via%3Dihub

19. https://doi.org/10.1016/S0165-2478(02)00182-7

20. Azeredo E.L., Neves-Souza P.C., Alvarenga A.R. et al. Differential regulation of toll-like receptor-2, toll-like receptor-4, CD16 and human leucocyte antigen-DR on peripheral blood monocytes during mild and severe dengue fever. Immunology. – 2010. – Vol. 130(2). – pp. 202‐216. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2878465/

21. 1111/j.1365-2567.2009.03224.x

22. Caramalho I., Lopes Carvalho T., Ostler D., Zelenay S., Haury M., Demengeot J. Regulatory T cells selectively express toll like receptors and are activated by lipopolysaccharide. J. Exp. Med. – 2003. – V.197. – pp.403–411. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2193858/

23. 1084/jem.20021633

24. Cibrián D., Sánchez-Madrid F. CD69: from activation marker to metabolic gatekeeper. Eur.J.Immunol. – 2017. – Vol.47, no. – pp. 946–953.

25. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6485631/

26. 1002/eji.201646837

27. During M., Cabanillas Stanchi K.M., Haufe S., et al. Patterns of monocyte subpopulations and their surface expression of HLA-DR during adverse events after hematopoietic stem cell transplantation. Ann. Hematol. – 2015. – Vol. 94(5). – pp.825-836.

28. https://link.springer.com/article/10.1007/s00277-014-2287-6

29. 1007/s00277-014-2287-6

30. Fontenot J., Rudensky A. A well adapted regulatory contrivance: regulatory T cell development and the forkhead family transcription factor Foxp3. Nature Immunol. – 2005. – Vol.6. – pp.331-337. https://www.nature.com/articles/ni1179

31. 1038/ni1179

32. Guilliams M., Mildner A., Yona S. Developmental and functional heterogeneity of monocytes. Immunity. – 2018. – Vol. 49(4). – pp. 595-613. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1074761318304461?via%3Dihub

33. 1016/j.immuni.2018.10.005

34. Hijdra D., Vorselaars A.D.M., Grutters J.C. et al. Phenotypic characterization of human intermediate monocytes. Front Immunol. – 2013. – no. 4. – pp. 4-6. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3805031/

35. 3389/fimmu.2013.00339

36. Jenkins S.J., Ruckerl D., Thomas G.D. et al. IL‐4 directly signals tissue‐resident macrophages to proliferate beyond homeostatic levels controlled by CSF‐1. J. Exp. Med. – 2013. – Vol. 210(11). – pp. 2477-2491. https://rupress.org/jem/article/210/11/2477/41538/IL-4-directly-signals-tissue-resident-macrophages

37. 1084/jem.20121999

38. Ka M.B., Olive D., Mege J.L. Modulation of monocyte subsets in infectious diseases. World J. Immunol. – 2017. – Vol. 4(3). – pp.185. https://www.wjgnet.com/2219-2824/full/v4/i3/185.htm

39. 5411/wji.v4.i3.185

40. Kalenova L.F., Novikova M.A., Kostolomova E.G. Effects of Low-Doses of Bacillus Spp. from Permafrost on Differentiation of Bone Marrow Cells. Bulletin of Experimental Biology and Medicine, 2015, v.158, no. 3, p. 364-367. https://link.springer.com/article/10.1007/s10517-015-2763-6

41. https://doi.org/10.1007/s10517-015-2763-6

42. Kalyonova L.F., Novikova M.A., Subbotin A.M., Bazhin A.S. Effects of Temperature on Biological Activity of Permafrost Microorganisms. Bulletin of Experimental Biology and Medicine, 2015, v. 158, no. 6, р.772-775. 10.1007/s10517-015-2859-z. https://link.springer.com/article/10.1007/s10517-015-2859-z

43. 1007/s10517-015-2859-z.

44. Kalenova L.F., Kolyvanova S.S., Bazhin A.S. et al. Effects of Secondary Metabolites of Permafrost Bacillus sp. on Cytokine Synthesis by Human Peripheral Blood Mononuclear Cells. Bulletin of Experimental Biology and Medicine, 2017, vol. 163, no. 2, p.235-238. https://link.springer.com/article/10.1007/s10517-017-3774-2

45. https://doi.org/10.1007/s10517-017-3774-2

46. Ritchie A.J., Jansson A.Р., Stallberg J.Р. et al. The Pseudomonas aeruginosa Quorum-Sensing Molecule N-3-(Oxododecanoyl)-L-Homoserine Lactone Inhibits T-Cell Differentiation and Cytokine Production by a Mechanism Involving an Early Step in T-Cell Activation. Infection and immunity, 2005, v. 45, р. 1648-1655. https://journals.asm.org/doi/full/10.1128/iai.73.3.1648-1655.2005

47. https://doi.org/10.1128/iai.73.3.1648-1655.2005

48. Rodriguez-Muсoz Y., Martin-Vilchez S., Lуpez-Rodriguez R. et al. Peripheral blood monocyte subsets predict antiviral response in chronic hepatitis C. Aliment Pharmacol. Ther. – 2011. – Vol. 34(8). – pp. 960-971. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1365-2036.2011.04807.x

49. https://doi.org/10.1111/j.1365-2036.2011.04807.x

50. Shipkova M., Wieland E. Surface markers of lymphocyte activation and markers of cell proliferation. Clin.Chim. Acta. – 2012. – Vol. 413, no. 17-18. – pp. 1338–1349. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009898111006334?via%3Dihub

51. https://doi.org/10.1016/j.cca.2011.11.006

52. Sing A., Rost D., Tvardovskaia N., Roggenkamp A., Wiedemann A., Kirschning C.J., Aepfelbacher M., Heesemann J. Yersinia V antigen exploits toll like receptor 2 and CD14 for interleukin 10 mediated immunosuppression. J. Exp. Med. – 2002. – V.196. – pp.1017–1024. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2194041/

53. 1084/jem.20020908

54. Smeekens S.P., van de Veerdonk F.L., Joosten L.A.B. et al. The classical CD14++CD16− monocytes, but not the patrolling CD14+CD16+ monocytes, promote Th17 responses to Candida albicans. Eur. J. Immunol. – 2011. – Vol. 41(10). – pp. 2915-2924. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/eji.201141418

55. https://doi.org/10.1002/eji.201141418

56. Sutmuller R.P.M., Morgan M.E., Netea M.G., Grauer O., Adema G.J. Toll like receptors on regulatory T cells: expanding immune regulation. Trends Immunol. – 2006. – V.27. – pp.387–393. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1471490606001748?via%3Dihub

57. https://doi.org/10.1016/j.it.2006.06.005

58. Wieland E., Shipkova M. Lymphocyte surface molecules as immune activation biomarkers. Clin. Biochem. – 2016. – Vol. 49, no. 4-5. – pp. 347–354.

59. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009912015003793?via%3Dihub

60. https://doi.org/10.1016/j.clinbiochem.2015.07.099

61. Wong K.L., Yeap W.H., Tai J. et al. The three human monocyte subsets: implications for health and disease. Immunol. Res. – 2012. – Vol. 53(1-3). – pp.41-57. https://link.springer.com/article/10.1007/s12026-012-8297-3

62. 1007/s12026-012-8297-3

63. Wong K.L., Jing Yi, Tai J. et al. Gene expression profiling reveals the defining features of the classical, intermediate, and non-classical human monocyte subsets. Blood. – 2011. – Vol. 118(5). – pp.16-32. https://ashpublications.org/blood/article/118/5/e16/29016/Gene-expression-profiling-reveals-the-defining

64. https://doi.org/10.1182/blood-2010-12-326355