Pseudomonas aeruginosa i mukowiscydoza: badacze opisali metaboliczny mechanizm osłabienia aktywności makrofagów

Odpowiedź przeciwwirusowa nabłonka dróg oddechowych może wpływać na zdolność makrofagów do eliminowania bakterii poprzez zmianę lokalnego środowiska metabolicznego. Badacze z Geisel School of Medicine, Dartmouth College wykazali w doświadczeniach in vitro, że L-mleczan, którego wydzielanie wzrasta w następstwie odpowiedzi przeciwwirusowej komórek nabłonkowych, ograniczał zdolność makrofagów do zabijania Pseudomonas aeruginosa. Efektowi towarzyszyły zmiany oddychania mitochondrialnego i utleniania kwasów tłuszczowych, bez istotnego ograniczenia pochłaniania bakterii. Wyniki pracy opublikowanej 12 października 2026 roku w czasopiśmie Infection and Immunity dostarczają nowych informacji o mechanizmach sprzyjających wtórnym zakażeniom bakteryjnym, istotnych między innymi w kontekście mukowiscydozy.

Autorzy publikacji i cel badania

Praca zatytułowana Host-secreted lactate during respiratory viral infection diminishes macrophage antibacterial activity through metabolic reprogramming została przygotowana przez Sadię Sultanę, Erin Walsh oraz Jennifer M. Bomberger z Department of Microbiology and Immunology, Geisel School of Medicine, Dartmouth College w Hanover, New Hampshire, USA. Autorką korespondencyjną jest Jennifer M. Bomberger.

Badanie ukazało się 12 października 2026 roku w czasopiśmie Infection and Immunity, wydawanym przez American Society for Microbiology. Publikacja ma charakter oryginalnej pracy eksperymentalnej i została udostępniona na licencji Creative Commons Attribution 4.0 International.

Punktem wyjścia była obserwacja, że zakażenia wirusowe dróg oddechowych mogą zwiększać podatność na następcze zakażenia bakteryjne. Autorzy wskazują, że zjawisko to ma szczególne znaczenie u osób z przewlekłymi chorobami układu oddechowego, w tym mukowiscydozą i przewlekłą obturacyjną chorobą płuc (POChP).

We wcześniejszych badaniach zespołu wykazano, że odpowiedź przeciwwirusowa komórek nabłonka dróg oddechowych wpływa na lokalne warunki sprzyjające tworzeniu biofilmu przez Pseudomonas aeruginosa. Opisano również zmianę metabolizmu nabłonka w kierunku nasilonej glikolizy tlenowej oraz zwiększonego wydzielania mleczanu.

W nowej publikacji badacze skoncentrowali się na innym elemencie tego procesu: czy metabolity wydzielane przez komórki nabłonkowe podczas odpowiedzi przeciwwirusowej mogą ograniczać aktywność przeciwbakteryjną makrofagów?

Mleczan jako element komunikacji między nabłonkiem a komórkami odpornościowymi

Mleczan, powstający między innymi w procesie glikolizy, może pełnić funkcję nie tylko metabolitu uczestniczącego w przemianach energetycznych, lecz także cząsteczki sygnałowej. W publikacji autorzy zwracają uwagę na podobieństwa między zmianami metabolicznymi towarzyszącymi odpowiedzi przeciwwirusowej a zjawiskami obserwowanymi w mikrośrodowisku nowotworowym.

W obu sytuacjach nasilona glikoliza tlenowa może prowadzić do zwiększonej produkcji mleczanu, który następnie oddziałuje na sąsiednie komórki, w tym makrofagi. W badanym modelu szczególne znaczenie miało ustalenie, czy taki sygnał metaboliczny może zmniejszać zdolność komórek odpornościowych do eliminowania Pseudomonas aeruginosa.

Model eksperymentalny i zastosowane metody

Badacze zastosowali układ eksperymentalny obejmujący komórki nabłonka dróg oddechowych oraz ludzkie makrofagi różnicowane z monocytów krwi obwodowej.

Model nabłonka dróg oddechowych

Wykorzystano ludzką linię komórek nabłonka oskrzelowego CFBE41o-, pochodzącą z materiału od osoby z mukowiscydozą, homozygotycznej pod względem wariantu F508del genu CFTR. Komórki hodowano na przepuszczalnych podłożach w warunkach sprzyjających ich polaryzacji i różnicowaniu.

Aby odtworzyć wybrany element odpowiedzi przeciwwirusowej, komórki nabłonkowe poddawano działaniu interferonu β (IFN-β) w stężeniu 1000 U/ml przez 18 godzin. Następnie pobierano płyn z powierzchni apikalnej hodowli, zawierający substancje wydzielone przez komórki nabłonkowe.

W części doświadczeń z płynu usuwano pęcherzyki zewnątrzkomórkowe metodą ultrawirowania, uzyskując frakcję rozpuszczalną. Pozwalało to sprawdzić, czy składniki tej frakcji odpowiadają za obserwowane zmiany funkcji makrofagów.

Makrofagi i szczepy bakteryjne

Makrofagi uzyskiwano z monocytów wyizolowanych z komórek jednojądrzastych krwi obwodowej zdrowych dawców. Do różnicowania monocytów wykorzystywano czynnik stymulujący tworzenie kolonii makrofagów (M-CSF).

W badaniach przeciwbakteryjnych zastosowano Pseudomonas aeruginosa, w tym szczep laboratoryjny MPAO1 oraz izolat kliniczny DH1137 pochodzący z płuc osoby z mukowiscydozą. W eksperymentach dotyczących pobierania bakterii przez makrofagi wykorzystano również szczep PAO1 znakowany fluorescencyjnie białkiem tdTomato.

Ocena zdolności makrofagów do eliminowania bakterii

Główną metodą funkcjonalną był test zabijania bakterii z zastosowaniem antybiotykowej eliminacji drobnoustrojów zewnątrzkomórkowych. Makrofagi eksponowano na bakterie przy stosunku liczby bakterii do liczby komórek (MOI) wynoszącym 10, a następnie stosowano antybiotyki w celu usunięcia bakterii znajdujących się poza komórkami.

Oceniano liczbę bakterii pobranych przez makrofagi oraz liczbę bakterii pozostających żywych po kolejnych dwóch godzinach inkubacji. Wykorzystywano do tego oznaczanie jednostek tworzących kolonie (CFU).

Skuteczność zabijania określano na podstawie różnicy między liczbą bakterii pobranych przez makrofagi a liczbą bakterii, które przetrwały wewnątrz komórek, odniesionej do liczby bakterii początkowo pobranych.

Dodatkowe doświadczenia obejmowały cytometrię przepływową, pomiary produkcji reaktywnych form tlenu, ocenę zakwaszenia lizosomów, oznaczanie cytokin oraz analizę oddychania mitochondrialnego i utleniania kwasów tłuszczowych.

Każde doświadczenie wykonywano z wykorzystaniem materiału pochodzącego od co najmniej trzech dawców. Analizę statystyczną przeprowadzono z użyciem liniowego modelu efektów mieszanych, uwzględniającego dawcę jako efekt losowy, a zastosowaną ekspozycję jako efekt stały.

Wydzieliny nabłonkowe i wpływ L-mleczanu na makrofagi

Wydzieliny komórek nabłonkowych po stymulacji interferonem β osłabiały aktywność przeciwbakteryjną

W pierwszym etapie badacze sprawdzili, jak na funkcję makrofagów wpływa kontakt z wydzielinami komórek nabłonkowych poddanych stymulacji interferonem β.

Makrofagi inkubowano przez 60 minut z płynem pobranym z powierzchni apikalnej nabłonka, a następnie eksponowano na Pseudomonas aeruginosa.

W porównaniu z makrofagami poddanymi działaniu wydzielin z niestymulowanych komórek nabłonkowych zaobserwowano istotne zmniejszenie skuteczności zabijania bakterii.

Podobny efekt uzyskano po zastosowaniu rozpuszczalnej frakcji wydzielin nabłonkowych, otrzymanej po usunięciu pęcherzyków zewnątrzkomórkowych. Wynik wskazywał, że substancje rozpuszczalne obecne w środowisku nabłonka po aktywacji odpowiedzi przeciwwirusowej mogą uczestniczyć w ograniczaniu aktywności przeciwbakteryjnej makrofagów.

L-mleczan zmniejszał zdolność makrofagów do zabijania Pseudomonas aeruginosa

Kolejne doświadczenia przeprowadzono z użyciem L-mleczanu. Autorzy zastosowali stężenie 10 mmol/l (10 mM), odpowiadające stężeniom opisywanym przez zespół we wcześniejszych badaniach modelu zakażenia wirusowego dróg oddechowych.

Po 60 minutach ekspozycji makrofagów na L-mleczan odnotowano istotne zmniejszenie skuteczności zabijania szczepu MPAO1.

Analogiczny wynik uzyskano w doświadczeniach z izolatem klinicznym DH1137. Oznacza to, że obserwowanego zjawiska nie ograniczono wyłącznie do jednego laboratoryjnego szczepu Pseudomonas aeruginosa.

Istotnym elementem pracy była również ocena wpływu dwóch izomerów mleczanu. W przeciwieństwie do L-mleczanu D-mleczan nie powodował zmniejszenia skuteczności zabijania bakterii w zastosowanych warunkach eksperymentalnych.

Znaczenie czasu ekspozycji i stężenia mleczanu

Wpływ L-mleczanu okazał się zależny od zastosowanych warunków doświadczenia. Chociaż 60-minutowa ekspozycja na 10 mM L-mleczanu ograniczała aktywność przeciwbakteryjną makrofagów, po 24-godzinnej ekspozycji nie obserwowano analogicznego efektu.

Co więcej, zastosowanie wyższego stężenia L-mleczanu, wynoszącego 30 mM, przez 60 minut również nie prowadziło do istotnego zmniejszenia skuteczności zabijania bakterii.

Autorzy interpretują te obserwacje jako wskazujące na zależność odpowiedzi makrofagów od czasu i stężenia ekspozycji na mleczan. Wyniki nie uzasadniają zatem prostego założenia, że coraz większe stężenie mleczanu musi powodować coraz silniejsze upośledzenie aktywności przeciwbakteryjnej.

Zabijanie bakterii, fagocytoza i szlaki sygnałowe

Mleczan nie zmniejszał zdolności makrofagów do pochłaniania bakterii

Jednym z najważniejszych zagadnień mechanistycznych było rozróżnienie między zaburzeniem pobierania bakterii przez makrofagi a ograniczeniem ich zdolności do eliminowania drobnoustrojów już pochłoniętych.

W badaniu porównano liczbę bakterii pobranych przez makrofagi oraz liczbę drobnoustrojów pozostających żywych po ich internalizacji.

Uzyskane dane wskazywały, że ekspozycja na mleczan prowadziła przede wszystkim do upośledzenia wewnątrzkomórkowego zabijania bakterii, a nie do zmniejszenia ich pobierania.

Wynik ten potwierdzono w doświadczeniach z wykorzystaniem fluorescencyjnie znakowanego szczepu PAO1-tdTomato. Cytometria przepływowa nie wykazała istotnych różnic w odsetku makrofagów pobierających bakterie między warunkami z dodatkiem mleczanu i bez niego.

Analogicznie, nie stwierdzono istotnego wpływu mleczanu na pochłanianie cząstek lateksowych wykorzystywanych jako modelowy materiał do oceny aktywności fagocytarnej.

Oznacza to, że makrofagi zachowywały zdolność pobierania badanych cząstek i bakterii, ale po ekspozycji na mleczan mniej skutecznie eliminowały pochłonięte drobnoustroje.

Transportery MCT i sygnalizacja zależna od białek G

Autorzy zbadali również szlaki odpowiedzialne za transport i rozpoznawanie mleczanu przez makrofagi.

W centrum zainteresowania znalazły się transportery monokarboksylanowe (MCT), uczestniczące w przemieszczaniu mleczanu przez błony komórkowe, oraz receptory sprzężone z białkiem G (GPCR), które mogą pośredniczyć w jego rozpoznawaniu jako sygnału zewnątrzkomórkowego.

Badacze zastosowali dwa rodzaje inhibitorów:

• CHC – inhibitor transportu monokarboksylanów, wykorzystywany do hamowania aktywności transporterów takich jak MCT1 i MCT4;
• toksynę krztuścową (PTX) – inhibitor szlaku sygnałowego zależnego od białek Gαi/o.

W obu przypadkach zastosowanie inhibitora przeciwdziałało zmniejszeniu skuteczności zabijania bakterii obserwowanemu po ekspozycji makrofagów na mleczan. Aktywność przeciwbakteryjna komórek powracała do poziomu porównywalnego z warunkami kontrolnymi.

Wyniki sugerują udział zarówno transportu mleczanu przez błonę komórkową, jak i sygnalizacji zależnej od białek G w regulacji aktywności przeciwbakteryjnej makrofagów.

W dyskusji autorzy wskazują na receptory GPR81 i GPR132 jako znane potencjalne elementy sygnalizacji zależnej od mleczanu. Przeprowadzone doświadczenia farmakologiczne nie rozstrzygają jednak samodzielnie, który konkretny receptor odpowiadał za obserwowany efekt.

Zmiany immunometaboliczne makrofagów

Klasyczne markery odpowiedzi zapalnej pozostawały zasadniczo niezmienione

Zmniejszenie aktywności bakteriobójczej makrofagów mogłoby sugerować zmianę ich stanu czynnościowego w kierunku fenotypu o słabszych właściwościach prozapalnych. Autorzy sprawdzili jednak, czy krótkotrwała ekspozycja na mleczan prowadzi do zmian typowych markerów funkcji makrofagów.

Po zastosowaniu 10 mM mleczanu nie stwierdzono istotnych zmian stężeń dwóch badanych cytokin: prozapalnego czynnika martwicy nowotworów α (TNF-α) oraz przeciwzapalnej interleukiny 10 (IL-10), ocenianych po ekspozycji makrofagów na Pseudomonas aeruginosa.

Nie zaobserwowano również istotnych różnic w ekspresji analizowanych markerów związanych z przeciwzapalnymi stanami czynnościowymi makrofagów, obejmujących:

• arginazę 1 (Arg1),
• CD163,
• CD206.

Podobnie nie wykazano istotnych zmian w produkcji reaktywnych form tlenu (ROS) ani w badanych wskaźnikach zakwaszenia lizosomów.

Analiza morfologiczna nie ujawniła istotnych różnic między makrofagami poddanymi działaniu mleczanu a komórkami kontrolnymi. Test uwalniania dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej nie wskazywał także na cytotoksyczny wpływ zastosowanego stężenia mleczanu w analizowanych przedziałach czasu.

Wyniki te są istotne, ponieważ wskazują, że osłabienie aktywności przeciwbakteryjnej może pojawiać się bez wyraźnych zmian klasycznych markerów polaryzacji makrofagów. Autorzy podkreślają, że funkcjonalne stany tych komórek są bardziej złożone niż prosty podział na makrofagi prozapalne i przeciwzapalne.

Wzrost zużycia tlenu przez makrofagi

W kolejnej części pracy oceniono, czy mleczan wpływa na metabolizm energetyczny makrofagów.

Badacze wykorzystali pomiary szybkości zużycia tlenu (OCR, oxygen consumption rate) za pomocą testu MitoXpress Xtra oraz platformy Seahorse XF Cell Mito Stress Test.

Po krótkotrwałej ekspozycji na 10 mM L-mleczanu, trwającej 30 lub 60 minut, stwierdzono istotne zwiększenie zużycia tlenu przez makrofagi. Efektu tego nie obserwowano po 24-godzinnej inkubacji.

Profil czasowy zmian OCR odpowiadał obserwowanemu wcześniej przebiegowi zaburzeń aktywności przeciwbakteryjnej: zarówno wzrost zużycia tlenu, jak i zmniejszenie zdolności zabijania bakterii występowały po krótkiej ekspozycji na mleczan.

Analiza wykonana za pomocą platformy Seahorse wskazywała, że wzrost OCR wynikał przede wszystkim ze zwiększenia oddychania podstawowego oraz przecieku protonowego (proton leak).

Oddychanie maksymalne wykazywało tendencję wzrostową, jednak różnica nie osiągnęła istotności statystycznej.

Nasilenie utleniania kwasów tłuszczowych

Drugim istotnym elementem przebudowy metabolizmu makrofagów było zwiększenie utleniania kwasów tłuszczowych (FAO, fatty acid oxidation).

Autorzy oceniali aktywność tego szlaku oraz obecność białka HADHA, będącego składnikiem mitochondrialnego kompleksu enzymatycznego uczestniczącego w β-oksydacji długołańcuchowych kwasów tłuszczowych.

Po ekspozycji na mleczan zaobserwowano:

• istotne zwiększenie odsetka makrofagów wykazujących obecność HADHA w zastosowanym teście cytometrycznym;
• istotny wzrost aktywności utleniania kwasów tłuszczowych w badanych lizatach komórkowych.

Wyniki wskazują, że krótkotrwały kontakt z mleczanem może zmieniać sposób pozyskiwania i wykorzystywania energii przez makrofagi.

Autorzy opisują ten stan jako przebudowę immunometaboliczną prowadzącą do zaburzenia powiązania między metabolizmem komórkowym a aktywnością przeciwbakteryjną. Zwiększone oddychanie mitochondrialne i nasilenie utleniania kwasów tłuszczowych współwystępowały z ograniczoną zdolnością zabijania bakterii.

Znaczenie wyników dla mukowiscydozy i ograniczenia badania

Potencjalny mechanizm zwiększonej podatności na wtórne zakażenia bakteryjne

Praca Sadii Sultany i współpracowników opisuje mechanizm, w którym odpowiedź przeciwwirusowa komórek nabłonkowych może pośrednio wpływać na odporność przeciwbakteryjną w drogach oddechowych.

W proponowanym przez autorów modelu interferonowa odpowiedź przeciwwirusowa nasila glikolizę tlenową komórek nabłonka i zwiększa wydzielanie mleczanu do środowiska apikalnego. Mleczan może następnie oddziaływać na makrofagi poprzez transportery MCT oraz szlaki sygnałowe związane z receptorami sprzężonymi z białkami G.

Oddziaływanie to prowadzi do zmian metabolizmu makrofagów, którym towarzyszy zmniejszenie skuteczności wewnątrzkomórkowego zabijania bakterii.

W takim ujęciu odpowiedź przeciwwirusowa może tworzyć warunki, w których pewne elementy obrony przeciwbakteryjnej ulegają osłabieniu, mimo że makrofagi nadal zachowują zdolność pochłaniania drobnoustrojów.

Dlaczego wyniki są istotne w kontekście mukowiscydozy?

Autorzy wiążą opisany mechanizm z problemem częstego współwystępowania zakażeń wirusowych i bakteryjnych u osób z przewlekłymi chorobami układu oddechowego. Szczególne miejsce w publikacji zajmuje mukowiscydoza, w której przewlekłe zakażenia Pseudomonas aeruginosa stanowią istotny problem kliniczny.

Znaczenie kontekstu mukowiscydozy wynika również z zastosowanego modelu badawczego. Komórki nabłonkowe CFBE41o- pochodziły z materiału od osoby homozygotycznej pod względem F508del, a w doświadczeniach wykorzystano również kliniczny izolat Pseudomonas aeruginosa związany z mukowiscydozą.

Należy jednak odróżnić wykorzystanie linii komórkowej pochodzącej z materiału od osoby chorej od bezpośredniego badania pacjentów. W omawianej pracy makrofagi pochodziły od zdrowych dawców, a eksperymenty przeprowadzano w warunkach laboratoryjnych.

Wyniki wskazują zatem na potencjalny mechanizm molekularny i komórkowy, który może mieć znaczenie dla zrozumienia podatności na zakażenia bakteryjne podczas infekcji wirusowych, ale nie określają jego udziału w rzeczywistym przebiegu zakażeń u chorych na mukowiscydozę.

Co wynika z zastosowania inhibitorów metabolicznych?

Doświadczenia z inhibitorami transportu monokarboksylanów i sygnalizacji zależnej od białek G wykazały, że farmakologiczne zaburzenie analizowanych szlaków przeciwdziałało niekorzystnemu wpływowi mleczanu na zdolność makrofagów do zabijania bakterii.

W dyskusji autorzy wskazują na możliwość dalszego badania szlaków metabolicznych jako potencjalnych celów interwencji terapeutycznych.

Nie oznacza to jednak, że w pracy potwierdzono skuteczność jakiegokolwiek leczenia metabolicznego u pacjentów. Badane substancje wykorzystano jako narzędzia eksperymentalne do identyfikacji mechanizmów komórkowych.

Wnioski autorów

Autorzy uznają, że mleczan wydzielany przez komórki gospodarza podczas odpowiedzi przeciwwirusowej może stanowić ważny regulator komunikacji między nabłonkiem dróg oddechowych a makrofagami. Jego działanie wiąże się z przebudową metabolizmu komórek odpornościowych i zmniejszeniem ich zdolności do eliminowania Pseudomonas aeruginosa.

Najważniejszym rezultatem pracy jest wskazanie, że zaburzenia odporności przeciwbakteryjnej mogą być związane ze zmianami metabolizmu makrofagów, nawet przy zachowaniu zdolności fagocytozy i bez wyraźnych zmian konwencjonalnych markerów aktywacji zapalnej.

Badanie poszerza wiedzę o mechanizmach interakcji między komórkami gospodarza a patogenami podczas zakażeń wirusowo-bakteryjnych. Jego znaczenie kliniczne, zwłaszcza w odniesieniu do mukowiscydozy i innych przewlekłych chorób układu oddechowego, wymaga dalszego potwierdzenia.

Finansowanie i deklaracje autorów

Badania finansowano ze środków National Institutes of Health oraz Cystic Fibrosis Foundation. W publikacji wskazano również wsparcie infrastruktury badawczej w ramach Dartmouth Cancer Center. Autorzy zadeklarowali brak konfliktu interesów.

26 października 2026, 18:30 · za 11 dniUprawnienia i obowiązki pracownika z orzeczeniem o niepełnosprawnościFundacja Oddech Życia zaprasza na bezpłatny webinar „Uprawnienia i obowiązki pracownika z orzeczeniem o niepełnosprawności”, który odbędzie się w poniedziałek, 26 października 2026 roku, o godzinie 18:30. Spotkanie poprowadzi Magdalena…Sprawdź szczegóły →

📅 Zapisz w kalendarzu:Google·Outlook·Apple / inne