С древних времен люди знали, что кашель является основным симптомом туберкулеза и что кашель способствует распространению заболевания от человека к человеку. Тем не менее, причина кашля, связанного с туберкулезом, остается неясной, говорит руководитель исследования Майкл Шилох, доктор медицинских наук, доцент кафедры инфекционных болезней Департамента внутренних болезней UTSW и кафедры микробиологии. Преобладающая гипотеза состояла в том, что кашель вызывается вызванным инфекцией раздражением легких и воспалением, но это никогда не было окончательно доказано.
У Шайло и его коллег была другая идея: они предположили, что бактериальный агент, вызывающий туберкулез, микобактерии туберкулеза, сам по себе может производить вещество, которое запускает нервы в дыхательных путях, которые вызывают кашель у кого-то с этим заболеванием, тем самым позволяя размножаться заболеванию.
Чтобы проверить эту идею, команда использовала морских свинок, лабораторных животных, часто используемых для изучения как туберкулеза, так и кашля. Хотя морские свинки использовались в качестве экспериментальной модели для заражения туберкулезом в течение более чем столетия, не было ясно, заставляет ли болезнь этих животных кашлять. Чтобы ответить на этот вопрос, Шилох и его коллеги поместили морских свинок, инфицированных туберкулезом, в специальные камеры, в которых регистрировались изменения давления и объема, вызванные кашлем. Конечно же, зараженные туберкулезом животные кашляли значительно больше, чем те, которые были свободны от туберкулеза.
Чтобы определить, продуцируют ли бактерии вещество, которое может вызвать кашель, исследователи выделили и проверили различные компоненты микобактерии туберкулеза, пытаясь определить, могут ли эти компоненты делать две вещи. Во-первых, могут ли компоненты самостоятельно вызывать кашель у морских свинок? И, во-вторых, могут ли компоненты вызывать чувствительные к боли нервные клетки, выращенные в лаборатории — тип клеток, ответственных за стимуляцию кашля в легких, — вести себя так, как будто их запускают, чтобы вызвать кашлевой рефлекс?
После серии экспериментов с компонентами из Mycobacterium tuberculosis, а также из большого ассортимента других видов микобактерий, команда Шило в конечном итоге определила жировую молекулу микобактериальной клеточной поверхности, известную как сульфолипид-1 (SL-1), в качестве основной молекулы, которая активирует нейроны. выращенный в лаборатории. Этот ответ также произошел в чувствительных к боли нервных клетках человека, предполагая, что SL-1 и его функция были сохранены в ходе эволюции среди различных видов млекопитающих. Важно отметить, что когда морские свинки подвергались воздействию очищенного SL-1, животные действительно кашляли.
Чтобы показать, что SL-1 является виновником кашля, исследователи заразили морских свинок генетически измененным штаммом Mycobacterium tuberculosis, который не может продуцировать SL-1. У этих морских свинок развились все типичные симптомы туберкулеза, но они не кашляли, что привело исследовательскую группу к выводу, что SL-1 имеет решающее значение для запуска кашля во время туберкулезной инфекции.
Вместе с тем, говорит Шило, полученные данные свидетельствуют о том, что бактерии, вызывающие туберкулез, продуцируют SL-1, главным образом, для стимуляции кашлевого рефлекса с целью распространения микобактерий от зараженных к незараженным людям. В конце концов, говорит он, если исследование покажет, что подавление кашля не является вредным для инфицированных людей, ученые могут разработать способ предотвращения передачи путем противодействия SL-1 или предотвращения его производства.
«Во многих местах, где туберкулез является эндемическим заболеванием, людей с активным туберкулезом часто не доставляют в больницу, а просто отправляют домой с антибиотиками. Люди могут месяцами кашлять и распространять болезнь, даже когда получают соответствующее лечение», — говорит он. «Когда-нибудь врачи могут давать антибиотики в сочетании с лекарством, которое предотвращает кашель, который, в свою очередь, может предотвратить распространение».
И наоборот, добавляет он, эту молекулу можно использовать, чтобы помочь пациентам кашлять в условиях, когда это полезно, таких как муковисцидоз или для пациентов, которым требуются дыхательные трубки. Введение средства, способствующего кашлю, может помочь уменьшить накопление густой слизи в легких пациента.