Влияние экзометаболитов палеобактерий рода Bacillus из многолетнемерзлых пород на механизмы формирования иммунного ответа in vitro

Изучено влияние метаболитов палеобактерий Bacillus cereus штамма 875 TS из 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 5 °С), «среднетемпературные» (22 °С) и «тепловые» (37 °С) 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 3 суток культивирования клеток активность дифференцировки CD8⁺Т-лимфоцитов превалирует над дифференцировкой CD4⁺Т-лимфоцитов, а уровень секреции IFNγ превышает уровень IL-4. На 3-и сутки происходит значимое повышение уровня Treg, что сопровождается тенденцией к нормализации баланса между IFNγ(Th1) и IL-4(Th2) к 7-м 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 приводит к развитию длительной иммуносупрессии. Повышение на 1-3-и 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 заболеваний, 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.

2. Воробьева Л.И. Стрессоры, стрессы и выживаемость бактерий // Прикладная биохимия и микробиология, 2004. Т. 40, № 3. С. 261-269.

3. Николаев Ю.А., Мулюкин А.Л., Степаненко И.Ю., Эль-Регистан Г.И. Ауторегуляция стрессового ответа микроорганизмов // Микробиология, 2008. Т. 75, № 4. С. 489-496.

4. Проворов Н.А., Тихонович И.А. Генетические и молекулярные основы симбиотических адаптаций // Успехи современной биологии, 2014. Т. 134, № 3. С. 211–226.

5. Филиппова С.Н., Сургучева Н.А., Сорокин В.В., Акимов В.Н., Карнышева Э.А., Брушков А.В., Андерсен Д., Гальченко В.Ф. Бактериофаги низкотемпературных систем Арктики и Антарктики // Микробиология, 2016. Т. 85, № 3. С. 337-346.

6. Фрейдлин И.С. Регуляторные Т-клетки: происхождение и функции // Медицинская иммунология, 2005. Т. 7, № 4. С. 347-354. doi: 10.15789/1563-0625-2005-4-347-354.

7. Хайдуков С.В., Зурочка А.В. Цитометрический анализ субпопуляций Т-хелперов (Th1, Th2, Treg, Th17, Т-хелперы активированные) // Медицинская иммунология, 2011. Т. 13, № 1. С. 7-16. doi: 10.15789/1563-0625-2011-1-7-16.

8. Athanassakis I., Vassiliadis S. T-regulatory cells: are we rediscovering T suppressor? Immunol. Lett., 2002, Vol. 84, no. 3, pp. 179-183.

9. Azeredo E.L., Neves-Souza P.C., Alvarenga A.R., Reis S.R.N.I., Torrentes-Carvalho A., Zagne S.O., Nogueira R.M.R., Oliveira-Pinto L.M., Kubelka C.F. 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, no. 2, pp. 202-216. 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, Vol. 197, pp. 403–411. DOI: 10.1084/jem.20021633 PMCID: PMC2193858

10. Cibrián D., Sánchez-Madrid F. CD69: from activation marker to metabolic gatekeeper. Eur. J. Immunol., 2017, Vol. 47, no. 6, pp. 946-953.

11. During M., Cabanillas Stanchi K.M., Haufe S., Erbacher A., Bader P., Handgretinger R., Hofbeck M., Kerst G. Patterns of monocyte subpopulations and their surface expression of HLA-DR during adverse events after hematopoietic stem cell transplantation. Ann. Hematol., 2015, Vol. 94, no. 5, pp. 825-836.

12. Fontenot J., Rudensky A. A well adapted regulatory contrivance: regulatory T cell development and the forkhead family transcription factor Foxp3. Nat. Immunol., 2005, Vol. 6, no. 4, pp. 331-337.

13. Guilliams M., Mildner A., Yona S. Developmental and functional heterogeneity of monocytes. Immunity, 2018, Vol. 49, no. 4, pp. 595-613.

14. Hijdra D., Vorselaars A.D.M., Grutters J.C., Claessen A.M.E., Rijkers G.T. Phenotypic characterization of human intermediate monocytes. Front. Immunol., 2013, Vol. 4, 339. doi: 10.3389/fimmu.2013.00339.

15. Jenkins S.J., Ruckerl D., Thomas G.D., Hewitson J.P., Duncan S., Brombacher F., Maizels R.M., Hume D.A., Allen J.E. IL-4 directly signals tissue-resident macrophages to proliferate beyond homeostatic levels controlled by CSF-1. J. Exp. Med., 2013, Vol. 210, no. 11, pp. 2477-2491.

16. Ka M.B., Olive D., Mege J.L. Modulation of monocyte subsets in infectious diseases. World J. Immunol., 2017, Vol. 4, no. 3, pp. 185-193.

17. Kalenova L.F., Novikova M.A., Kostolomova E.G. Effects of low-doses of bacillus spp. From permafrost on differentiation of bone marrow cells. Bull. Exp. Biol. Med., 2015, Vol. 158, no. 3, pp. 364-367.

18. Kalyonova L.F., Novikova M.A., Subbotin A.M., Bazhin A.S. Effects of temperature on biological activity of permafrost microorganisms. Bull. Exp. Biol. Med., 2015, Vol. 158, no. 6, рp. 772-775.

19. Kalenova L.F., Kolyvanova S.S., Bazhin A.S., Besedin I.M., Mel'nikov V.P. Effects of secondary metabolites of permafrost bacillus sp. On cytokine synthesis by human peripheral blood mononuclear cells. Bull. Exp. Biol. Med., 2017, Vol. 163, no. 2, pp. 235-238.

20. Kalenova L.F., Petrov S.A., Sukhovei Y.G. Reparative and Immunomodulatory Potential of Low-Molecular-Weight Fractions of Secondary Metabolites of Bacillus sp. Bull. Exp. Biol. Med., 2022, Vol. 172, no 3, pp. 332-335.

21. Ritchie A.J., Jansson A.Р., Stallberg J.Р., Nilsson P., Lysaght P., Cooley M.A. 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. Infect. Immun., 2005, Vol. 73, no. 3, рp. 1648-1655.

22. Rodriguez-Muсoz Y., Martin-Vilchez S., Lуpez-Rodriguez R., Hernández-Bartolomé A., Trapero-Marugán M., Borque M.J., Moreno-Otero R., Sanz-Cameno P. Peripheral blood monocyte subsets predict antiviral response in chronic hepatitis C. Aliment. Pharmacol. Ther., 2011, Vol. 34, no. 8, pp. 960-971.

23. 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.

24. 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, Vol. 196, no. 8, pp. 1017-1024.

25. Smeekens S.P., van de Veerdonk F.L., Joosten L.A.B., Jacobs L., Jansen T., Williams D.L., Meer J.W.M., Kullberg B.J., Netea M.G. The classical CD14 ++ CD16 − monocytes, but not the patrolling CD14+ CD16+ monocytes, promote Th17 responses to Candida albicans. Eur. J. Immunol., 2011, Vol. 41, no. 10, pp. 2915-2924.

26. 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, Vol. 27, no. 8, pp. 387-393.

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

28. Wong K.L., Yeap W.H., Tai J., Ong S.M., Dang T.M., Wong S.C. The three human monocyte subsets: implications for health and disease. Immunol. Res., 2012, Vol. 53, no. 1-3, pp. 41-57.

29. Wong K.L., Jing Yi, Tai J., Wong W., Han H., Sem X., Yeap W., Kourilsky P., Wong S. Gene expression profiling reveals the defining features of the classical, intermediate, and non-classical human monocyte subsets. Blood, 2011, Vol. 118, no. 5, pp. 16-32.