Новый вид бактерий в микробиоме кишечника может улучшать доступность азота

Исследователи из Института Квадрам обнаружили в кишечнике человека новый вид бактерий, способных превращать азот в биологически полезную форму.

Этот новый вид, Desulfovibrio diazotrophicus, относится к семейству сульфатредуцирующих бактерий (SRB), которые выживают и растут на соединениях, содержащих серу. Побочным продуктом их активности является выделение газа сероводорода (H₂S), имеющего характерный запах «тухлых яиц». Его присутствие связывают с воспалением кишечника, воспалительными заболеваниями кишечника (IBD) и колоректальным раком.

Однако убедительных доказательств прямой связи SRB с хроническими заболеваниями до сих пор нет. Они очень широко распространены: примерно у половины населения в кишечнике есть SRB. Возможно, не все они вредны? Они могут даже оказывать положительное влияние, высвобождая энергию и питательные вещества из продуктов ферментации пищи другими бактериями.

Чтобы понять, что именно делают SRB в микробиоме, учёные из Института Квадрам совместно с коллегами из Университета Цзяннань (Китай) выделили и охарактеризовали SRB из кишечника здоровых людей из Китая и Великобритании. Исследование финансировалось Советом по биотехнологическим и биологическим исследованиям (BBSRC).

В ходе работы, опубликованной в журнале Environmental Microbiology, было сделано важное открытие. Впервые обнаружен новый вид SRB, D. diazotrophicus, который также обладает генами, связанными с прямой конверсией газообразного азота в биодоступную форму. Эта способность называется азотфиксацией. Бактерии, известные этим свойством, обычно встречаются в средах с крайне низким содержанием доступного азота, поэтому неожиданно найти такие гены у бактерий в богатом азотом кишечнике человека.

В сотрудничестве со специалистами по фиксации азота растений из Центра Джона Иннеса было подтверждено, что D. diazotrophicus не только имеет гены для фиксации азота, но и что они функциональны: in vitro бактерия фиксировала азот в аммиак.

Проанализировав ранее опубликованные данные об активности генов, команда обнаружила, что гены азотфиксации у различных SRB активно работают и в кишечнике человека, что доказывает возможность этого процесса in vivo.

Азот необходим для жизни, но лишь небольшая группа азотфиксирующих микробов может усваивать газообразный азот (N₂). Поэтому люди, как и другие животные, зависят от уже фиксированного азота в пищевых белках. Кишечные микробы также полагаются на диету хозяина. Но что происходит, когда в диете мало белка? По крайней мере, часть доступного азота в кишечнике может поступать от SRB, таких как D. diazotrophicus.

«Микробиом кишечника чрезвычайно сложен, и конкуренция между микробами очень высока. В условиях ограниченного азота те бактерии, которые могут фиксировать азот, будут иметь явное преимущество в росте и выживании», — сказал профессор Арьян Нарбад из Института Квадрам.

Существует также интригующая перспектива, что эти бактерии могут поставлять жизненно важные аминокислоты при ограничении диетического азота. Это известно у термитов, которые благодаря симбиозу с азотфиксирующими бактериями справляются с очень ограниченной, бедной белком диетой.

Диета в Китае, как правило, содержит значительно меньше белка и биодоступного азота по сравнению с Европой и США. Анализ большой коллекции метагеномов микробиома людей разного возраста и образа жизни из 32 стран показал, что новый штамм гораздо более распространён в Китае.

«До сих пор бактерии рода Desulfovibrio, ассоциированные с человеком, в основном связывали с воспалением кишечника и такими заболеваниями, как язвенный колит и колоректальный рак», — сказала доктор Лизбет Саяведра. — «В этом исследовании мы оспариваем поляризованный взгляд на их вредность и выдвигаем гипотезу, что некоторые SRB могут играть роль в обеспечении доступности азота в кишечнике, особенно при потреблении низкобелковых диет».