تحاليل عدوى الخلايا الظهارية مع الشيغيلة

تشكل أمراض الإسهال التي تسببها مسببات الأمراض البكتيرية المعوية عبئا صحيا عالميا كبيرا. في عام 2016 ، كانت أمراض الإسهال مسؤولة عن 1.3 مليون حالة وفاة في جميع أنحاء العالم وكانت السبب الرئيسي الرابع للوفاة بين الأطفال الذين تقل أعمارهم عن خمس سنوات من سن ^1,2. الممرض البكتيري المعوي سلبي الجرام Shigella هو العامل المسبب لداء الشيغيلات ، وهو سبب رئيسي لوفيات الإسهال في جميع أنحاء العالم³. يسبب داء الشيغيلات معدلات اعتلال ووفيات كبيرة كل عام لدى الأطفال من البلدان المنخفضة والمتوسطة الدخل ^4,5 ، بينما ترتبط العدوى في البلدان المرتفعة الدخل بمراكز الرعاية النهارية ، والأمراض المنقولة بالأغذية ، والفاشيات المنقولة بالمياه^6،7،8،9. أدى تطوير لقاح^{غير فعال 10} وارتفاع معدلات مقاومة مضادات الميكروبات (AMR)^11,12 إلى تعقيد إدارة فاشيات الشيغيلا على نطاق واسع. تظهر بيانات مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها الحديثة أن ما يقرب من 46٪ من إصابات الشيغيلا في الولايات المتحدة أظهرت مقاومة للأدوية في عام 2020^13,14 ، بينما أعلنت منظمة الصحة العالمية أن الشيغيلة من مسببات الأمراض ذات الأولوية في مقاومة مضادات الميكروبات والتي تحتاج إلى علاجات جديدة^{بشكل عاجل 15}.

تنتقل عدوى الشيغيلا بسهولة عن طريق البراز الفموي عند تناول طعام أو ماء ملوث ، أو من خلال الاتصال البشري المباشر. تطورت الشيغيلا لتصبح ممرضة فعالة ومتكيفة مع الإنسان ، مع جرعة معدية من 10-100 بكتيريا كافية للتسبب في المرض¹⁶. أثناء العبور المعوي الصغير ، تتعرض الشيغيلة لإشارات بيئية ، مثل ارتفاع درجة الحرارة والصفراء¹⁷. يؤدي اكتشاف هذه الإشارات إلى تغييرات نسخية للتعبير عن عوامل الفوعة التي تعزز قدرة البكتيريا على إصابة القولون البشري^17،18،19. لا تغزو الشيغيلة ظهارة القولون من السطح القمي ، بل تنتقل عبر الطبقة الظهارية بعد الامتصاص إلى خلايا ميكروطية متخصصة تقدم المستضد (خلايا M) داخل الظهارة المرتبطة بالجريب^20،21،22. بعد انتقال الخلايا ، يتم البلعمة خلايا الشيغيلة بواسطة الضامة المقيمة. تهرب الشيغيلة بسرعة من البلعمة وتؤدي إلى موت خلايا البلاعم ، مما يؤدي إلى إطلاق السيتوكينات المؤيدة للالتهابات^5،23،24. ثم تغزو الشيغيلة الخلايا الظهارية القولونية من الجانب القاعدي ، وتحلل الفجوة العصارية الكبيرة ، وتنشئ مكانا متماثلا في السيتوبلازم ^5,25. تقوم السيتوكينات المؤيدة للالتهابات ، وخاصة إنترلوكين -8 (IL-8) ، بتجنيد كريات الدم البيضاء متعددة الأشكال النووية (PMNs) إلى موقع العدوى ، مما يضعف الوصلات الضيقة الظهارية ، ويمكن من تسلل البكتيريا للبطانة الظهارية إلى تفاقم العدوى القاعدية⁵. تدمر PMNs البطانة الظهارية المصابة لاحتواء العدوى ، مما يؤدي إلى الأعراض المميزة للزحار العصوي (الدموي)⁵. على الرغم من أن آليات الغزو والتكاثر داخل الخلايا قد تم توصيفها بدقة ، إلا أن الأبحاث الجديدة تظهر مفاهيم جديدة مهمة في عدوى الشيغيلا ، بما في ذلك تنظيم الفوعة أثناء عبور الجهاز الهضمي (GI)¹⁷ ، والالتزام¹⁹ ، وتحسين الوصول القاعدي الجانبي من خلال نفاذية الحاجز²⁶ ، والنقل بدون أعراض في الأطفال الذين يعانون من سوء التغذية²⁷.

تقتصر قدرة الشيغيلة على التسبب في مرض الإسهال على البشر والرئيسيات غير البشرية (NHP)²⁸. تم تطوير نماذج عدوى الشيغيلا المعوية لسمك الزرد²⁹ والفئران³⁰ وخنازير غينيا³¹ والأرانب^21،32،³³ والخنازير^34،35. ومع ذلك ، لا يمكن لأي من هذه الأنظمة النموذجية تكرار خصائص المرض التي لوحظت أثناء العدوى البشرية^{بدقة 36}. على الرغم من إنشاء نماذج NHP لداء الشيغيلات لدراسة التسبب في الشيغيلة ، إلا أن هذه الأنظمة النموذجية مكلفة في التنفيذ وتتطلب جرعات معدية عالية بشكل مصطنع ، تصل إلى تسعة أوامر من حيث الحجم أعلى من الجرعة المعدية للبشر^{37،38،39،40،41،42}. وبالتالي ، فإن التكيف الملحوظ للشيغيلا لعدوى المضيفين البشريين يستلزم استخدام مزارع الخلايا المشتقة من الإنسان لإعادة إنشاء نماذج ذات صلة من الناحية الفسيولوجية للاستجواب الدقيق لتسبب الشيغيلا.

هنا ، يتم وصف الإجراءات التفصيلية لقياس معدلات الالتزام بالشيغيلة وغزوها وتكرارها داخل الخلايا الظهارية القولونية HT-29. باستخدام هذه البروتوكولات الموحدة ، يمكن استجواب الآليات الجزيئية التي تؤثر بها جينات الفوعة البكتيرية والإشارات البيئية على كل خطوة من خطوات عدوى الشيغيلا لفهم علاقة التفاعل الديناميكية بين المضيف والممرض بشكل أفضل.