Каждый год пневмония приводит к более чем миллиону двухсот тысяч обращений в отделения неотложной помощи в Соединенных Штатах. Среди взрослых американцев болезнь убивает свыше сорока одной тысячи человек. А если посмотреть на весь мир, то ежегодно от пневмонии умирает больше миллиона детей младше пяти лет. Цифры огромные, и долгое время ученые изучали в основном то, как воспаление легких вредит дыхательной системе. Но беда в том, что у пневмонии есть очень опасный «побочный эффект»: она запускает сердечные осложнения. Аритмия, сердечная недостаточность, инфаркт — все это может привести к смерти, причем даже тогда, когда легкие уже начинают поправляться.

Исследователи из Мэрилендского университета и Медицинской школы Хирсинка при Алабамском университете нашли вероятную причину, почему у одних людей с пневмонией страдает сердце, а у других — нет. Всему виной бактериальный фермент, то есть особый белок, который ускоряет химические реакции. Бактериям этот фермент нужен, чтобы выживать, расти и иногда повреждать ткани человека. Фермент называется zmpB. Ученые считают: если научиться блокировать именно его, то можно создать новые вакцины или лекарства от пневмонии, которые заодно защитят сердце. Свои выводы они опубликовали в журнале Cell Reports.

Ведущий автор исследования Карлос Х. Ориуэла, профессор микробиологии, объясняет:

Примерно каждый пятый человек, попавший в больницу с пневмонией, переживет опасное для жизни сердечное осложнение. А в последующие годы у таких пациентов риск заполучить сердечную недостаточность как минимум вдвое выше, чем у тех, кто не болел тяжелой пневмонией.

Ученые сосредоточились на бактерии Streptococcus pneumoniae — главном виновнике так называемой внебольничной пневмонии, которой заражаются в обычной жизни, а не в стационаре. Они применили сразу несколько методов: геномный поиск по библиотекам бактерий, опыты на мышах и миниатюрные модели сердца, выращенные из стволовых клеток человека в чашке Петри. И выяснили, что эта бактерия способна напрямую повреждать сердечную мышцу, а фермент zmpB помогает ей проникать в клетки сердца.

Для Ориуэлы это стало полной неожиданностью: «Раньше мы не подозревали, что zmpB играет такую роль. Теперь эта молекула становится потенциальной мишенью для лечения».

Соавтор исследования Адонис Д`Мелло, биоинформатик, рассказывает, как именно они пришли к этому выводу. Они сравнили сотни штаммов бактерий, взятых у пациентов, у которых пневмония дала осложнения на сердце, и у тех, кто отделался только воспалением легких. И сразу заметили закономерность. У людей с сердечной недостаточностью чаще обнаруживался штамм пневмококка, у которого в гене zmpB был особый отличительный признак — так называемые FIVAR-домены. Представьте себе «липкие отростки» на поверхности бактерии, которые помогают ей цепляться за клетки сердца, проникать внутрь и устраивать там очаги инфекции. Чем больше таких доменов у гена, тем сильнее страдает сердце. Раньше ученые понятия не имели, для чего нужны эти FIVAR-домены.

Дальше начались эксперименты на мышах. Грызунам вводили либо обычный штамм пневмококка, либо такой же, но с выключенным геном zmpB. Результат оказался очень наглядным:

• У мышей с обычным штаммом в сердце появилось множество микроскопических очагов повреждения и погибших клеток.
• У тех, кому достался штамм с выключенным геном, таких повреждений почти не было.

Затем ученые взяли сердечные органоиды — маленькие живые кусочки сердечной ткани, которые бьются сами по себе, выращенные из человеческих стволовых клеток в лабораторной посуде. В одни органоиды они запускали штаммы с полноценным zmpB, в другие — мутантные варианты. Результат подтвердился: бактерии с FIVAR-доменами успешно вторгались в клетки сердца и убивали их. А те, у кого этих доменов не было, причиняли гораздо меньше вреда или не причиняли совсем.

Доктор Тетелин, еще один автор работы, подводит итог:

На мышах мы увидели, что повреждение сердца напрямую зависит от наличия zmpB. А на органоидах разобрались, как именно это происходит: белки с FIVAR-доменами работают как отмычки, помогая бактериям лезть внутрь клеток и крушить их изнутри.

Профессор Ориуэла надеется:

Мы хотим использовать эти молекулярные отпечатки, чтобы лучше защищать пациентов от риска повреждения сердца во время пневмонии. Или хотя бы сделать так, чтобы осложнения были менее тяжелыми. В будущем, возможно, появится простой генетический тест. Врачи смогут на раннем этапе инфекции определять опасные штаммы, усиливать наблюдение за сердцем и назначать прицельное лечение, которое предотвратит беду.

Эксперт, который не участвовал в исследовании, Могенс Килиан, профессор медицинской микробиологии из Дании, назвал результаты исключительно важными. По его словам, работа не только раскрыла функцию загадочного фермента, но и объяснила, почему у некоторых пациентов развиваются тяжелые осложнения. А значит, открылся путь к их профилактике.

Стоимость технологии и доступность

Сейчас говорить о цене сложно, потому что нет ни готового теста, ни лекарства. Сам метод, который использовали ученые — генетический анализ и выращивание органоидов, — очень дорогой. В лаборатории это стоит сотни тысяч долларов. Но если удастся превратить открытие в простую тест-полоску или анализ крови, то цена может упасть до нескольких долларов за одного пациента. Пока что технология остается сугубо исследовательской и недоступной обычным больницам.

Что было до этого

Считалось, что сердце при пневмонии страдает в основном из-за сильного воспаления и стресса для всего организма. Ученые знали, что есть некие бактериальные белки, которые могут влиять на сердце, но конкретного виновника не находили. Так что обнаружение zmpB и особенно роли FIVAR-доменов — это большой шаг.

Этичность и возможный вред

Исследование этично для современной науки: мыши — это стандартная модель, органоиды из стволовых клеток человека вообще считаются очень гуманной альтернативой животным, потому что не несут боли. Вреда для людей нет, так как никто не подвергался риску. Но гипотетически, если когда-нибудь начнут подавлять zmpB у больных, могут быть побочные эффекты. Например, убрав этот фермент, мы ослабим бактерию, но не убьем ее полностью. Она может мутировать или стать более устойчивой к другим лекарствам. Пока это только теоретические опасения.

Когда разработку смогут испытать пациенты

Если повезет, через 5–7 лет может появиться генетический тест для больниц. А до пациента в виде таблетки или укола — не раньше, чем через 10–15 лет. Новые лекарства от инфекций проверяют долго, потому что нужно убедиться в безопасности.

Сравнение с аналогами

Сейчас нет ни одного теста, который заранее предсказывал бы, даст ли пневмония осложнение на сердце. Единственный аналог — это общий анализ крови и наблюдение за симптомами, но они работают плохо. Из лекарств нет ни одного, направленного именно на zmpB. Есть антибиотики, которые убивают пневмококка, но они не спасают сердце, если бактерия уже в него пробралась. Вакцина Превенар есть, но она нацелена на другие белки бактерии, а не на zmpB. Так что открытие действительно заполняет пустую нишу.

Критика исследования

Самое слабое место этого исследования — оно полностью опирается на один конкретный фермент и один вид бактерий. А пневмонию вызывают не только пневмококки, но и вирусы, микоплазмы, легионеллы и другие микробы. Сердечные осложнения бывают при любой тяжелой инфекции. Не факт, что у других возбудителей есть точный аналог zmpB. Выходит, даже если мы научимся блокировать этот фермент у пневмококка, люди все равно могут получить повреждение сердца от гриппа или ковида. Исследователи сами признают: они смотрели только на Streptococcus pneumoniae. Ждать чудесного лекарства от всех пневмоний пока рано.

Ранее ученые заявили, что регулярная чистка зубов приводит к снижению заболеваемости пневмонией.