Можем ли мы сотрудничать с нашими бактериями для борьбы с инфекциями?
Польза антибиотиков для здоровья человека и животных неоспорима. Однако по мере роста устойчивости микробов к противомикробным препаратам ученые ищут новые решения кризиса супербактерий, включая использование защитных микробов и трансплантацию фекальной микробиоты. Исследователи из Оксфордского университета разработали лабораторный подход для быстрого создания позитивных взаимозависимых отношений между хозяевами и бактериями — так называемых «мутуализмов».
Защитные отношения «хозяин–микроб» широко распространены в природе. Взаимная выгода заключается в том, что хозяин получает защиту от бактерий, а бактерии — здоровую среду обитания, что позволяет им со временем накапливаться.
В исследовании, опубликованном в Evolution Letters, ученые проверили, могут ли такие защитные мутуализмы возникнуть с нуля для защиты от вредоносных паразитов. Они отслеживали эволюцию хозяина (нематодного червя) и кишечной бактерии (Enterococcus faecalis), способной защищать от более патогенной инфекции.
Результаты эволюционного эксперимента
- Всего за несколько недель совместной эволюции в присутствии паразита произошли изменения как у червя, так и у бактерии.
- Виды начали работать вместе, сформировав взаимовыгодный альянс для защиты от паразитов.
- Бактерии эволюционировали, чтобы стать более защищающими, а хозяева — чтобы допускать большее заселение E. faecalis.
Ведущий автор исследования доктор Шарлотта Рафалюк-Морр подчеркивает: «Наше исследование показывает, что защита со стороны кишечных микробов — это преимущество, которое усиливается и становится взаимным, когда и микроб, и хозяин эволюционируют вместе».
Математическое моделирование и прогнозы
Совместно с доктором Беном Ашби из Университета Бата команда изучила математические модели коэволюции хозяев и бактерий. Модели предсказывают, что мутуализмы с наибольшей вероятностью развиваются, когда микробы обеспечивают умеренный уровень защиты:
- Слишком низкая защита — мало пользы для хозяина.
- Слишком высокая защита — уничтожает других микробов, устраняя необходимость в защите.
Значение для медицины и будущих исследований
Понимание происхождения и поддержания защитных отношений с «хорошими бактериями» — актуальная задача. Скорость эволюции таких отношений может играть ключевую роль в их успехе и потенциальном использовании для лечения людей.
- Исследование указывает на возможную роль взаимодействия генетического фона хозяина и микроба в успехе бактериотерапии и трансплантации микробиоты.
- Дальнейшие исследования будут направлены на то, чтобы выяснить, как хозяева позволяют защитным бактериям заселять себя и поддерживают это взаимодействие.
Старший автор работы доктор Кайла Кинг резюмирует: «По сути, слегка паразитические отношения развиваются, становясь взаимовыгодными».