Полезные бактерии чувствуют слизь кишечника, чтобы находиться в правильном месте в правильное время

Новое исследование Университета Орегона показывает, что полезные кишечные бактерии активно «ощущают» слизистую оболочку кишечника, используя эту информацию как ориентир для нахождения в правильном месте. Нарушение этой коммуникации может привести к аномальному поведению бактерий и воспалению кишечника.

Эти результаты указывают на возможные механизмы, лежащие в основе таких кишечных заболеваний, как болезнь Крона и язвенный колит, а также предлагают пути создания более эффективных пробиотиков.

Команда исследователей под руководством микробиолога Университета Орегона Джаррода Смита из лаборатории Карен Гиймен сообщает о своих выводах в статье, опубликованной 28 июля в журнале Cell Host and Microbe.

«Мы часто думаем о слизи как о смазывающей выстилке, довольно инертной, — говорит Гиймен, профессор Института молекулярной биологии. — Но эта работа показывает, что бактерии реагируют на определенные химические сигналы в оболочке, и это может изменить физиологию бактерий».

Здоровый микробиом кишечника — это не просто наличие набора определенных микробов. Это означает наличие определенных бактерий в правильных местах, в правильное время и с правильным поведением. Однако картировать пространственное распределение и активность кишечных бактерий у людей сложно. Используя прозрачных в молодости рыбок данио-рерио, исследователи могут наблюдать за поведением бактерий внутри живых организмов.

Команда Гиймен изучила бактерии Aeromonas, которые являются ключевой частью микробиома данио-рерио. В здоровом кишечнике данио-рерио клетки Aeromonas образуют крупные скопления в определенном отделе кишечника.

В новом исследовании ученые идентифицировали крупный белок на поверхности бактерий Aeromonas, который детектирует кишечную слизь. В частности, этот белок взаимодействует с гликанами — сложными молекулами сахаров, которые покрывают поверхность слизистых белков.

Исследователи показали, что бактерии Aeromonas, лишенные этого поверхностного молекулярного «датчика», не формировали правильные скопления. Вместо образования крупных агрегатов бактерии действовали поодиночке и оказывались в отделах кишечника, где их в норме не бывает. Это, в свою очередь, провоцировало воспаление.

Ученым удалось восстановить здоровое поведение бактерий, снабдив Aeromonas похожей молекулой с поверхности клетки, взятой у другого вида бактерий — Akkermansia muciniphila. Akkermansia — это полезный для человека вид кишечных бактерий, который иногда включают в пробиотические добавки.

«То, что было сломано в наших бактериях, также обнаружено у многих бактерий, ассоциированных с человеком, — говорит Смит. — Наши данные показывают, что, просто сконструировав определенную часть одной из таких бактерий, можно обратить вспять значительную часть воспаления».

Это открытие предполагает, что коммуникация между бактериями и кишечной слизью может быть важна для многих видов бактерий, а не только для Aeromonas. Понимание того, как именно ведут себя полезные бактерии в кишечнике — и что идет не так, когда они не улавливают контекстуальные сигналы для правильного поведения — может помочь ученым разработать более обоснованные пробиотические составы, нацеленные на конкретные проблемы.

Исследование также предоставляет новую модель для изучения воспаления кишечника. Такие состояния, как болезнь Крона, колит и синдром раздраженного кишечника, изучены плохо, поэтому наличие различных способов моделирования воспаления в лаборатории может помочь исследователям добраться до сути этих сложных заболеваний.

«Для меня главный вывод этого исследования в том, что оно дает новые идеи о том, как мы ожидаем, что полезные бактерии будут вести себя в здоровом кишечнике, и о молекулярных механизмах, которые способствуют этому связанному со здоровьем поведению», — заключает Гиймен.