Бактерии-гости служат телохранителями

Штамм O157:H7 кишечной палочки Escherichia coli вызывает пищевые отравления с симптомами от диареи до почечной недостаточности. Ключевой фактор — токсин Шига (Stx), который из кишечника попадает в кровоток.

Эпидемиологические данные показали, что дети на грудном вскармливании более устойчивы к инфекции O157:H7. Это связано с формированием микробиоты кишечника, включая бифидобактерии.

Идентификация защитных свойств

Исследователи во главе с Хироши Оно (RIKEN) и Масахирой Хаттори (Токийский университет) использовали безмикробных мышей. Все животные, предварительно колонизированные защитным штаммом Bifidobacterium longum (BL), выжили после воздействия O157:H7, в отличие от контрольной группы. У них также был ниже уровень Stx в крови и здоровее кишечный эпителий. Другой штамм, B. adolescentis (BA), обеспечивал лишь кратковременную защиту.

Систематический анализ показал, что защитные штаммы бифидобактерий производят в кишечнике более высокие уровни ацетата как побочного продукта метаболизма углеводов.

Механизм защиты

Ацетат активирует группу противовоспалительных генов. Опыты на клетках эпителия толстой кишки человека показали, что обработка ацетатом защищает от разрушающего действия токсина Stx. Это говорит о том, что бактерии, продуцирующие ацетат, сохраняют целостность кишечной стенки и не дают токсину попасть в кровь.

«Было хорошо известно, что ацетат вырабатывается бифидобактериями и может быть полезен для кишечного эпителия... однако, я думаю, было бы трудно предсказать с самого начала, что именно ацетат является ответственной молекулой», — говорит Хироши Оно.

Генетическая основа

Сравнение полных геномов пяти штаммов бифидобактерий выявило подмножество генов, кодирующих белки, участвующие в усвоении и метаболизме сахара фруктозы. Эти гены присутствовали исключительно в защитных штаммах. Их отключение резко снижало защитные качества.

Исследователи также показали, что можно обойтись без бактерий-посредников: значительную защиту от летальности Stx обеспечивала диета, обогащенная ацетилированным крахмалом.

Локализация защиты

Все штаммы бифидобактерий производят ацетат при метаболизме глюкозы, защищая верхние отделы толстой кишки. Однако специальный путь метаболизма фруктозы, вероятно, обеспечивает важную защиту в нижнем отделе толстой кишки, где глюкоза в основном истощена.

Перспективы

Эта работа демонстрирует возможность разработки пробиотических терапевтических стратегий. По словам Оно, полезные эффекты пробиотиков разнообразны, и один ацетат не может объяснить всё. В планах — выяснить механизмы других пробиотических эффектов и применить использованный здесь «мульти-омиксный» подход для анализа более сложных кишечных экосистем.