Конкуренция за биотин в носовом микробиоме сдерживает рост опасных стафилококков
Потенциально опасные стафилококки конкурируют с другими бактериями за биотин в носовой полости человека. Это может стать новой мишенью в борьбе с вредными бактериями.
В нашем носу обитает сообщество микроорганизмов — одни опасные, другие безвредные. Особенно печально известна бактерия Staphylococcus aureus. Некоторые штаммы выработали устойчивость к антибиотикам, и вызываемые ими тяжёлые инфекции в ряде случаев уже не поддаются лечению. Это делает бактерию одним из опасных «больничных микробов».
Около трети людей являются носителями S. aureus и, следовательно, носят в носу патогенную бактерию, способную вызвать инфекцию. Однако то, насколько комфортно она себя чувствует, во многом зависит от её более безобидных соседей — так называемых комменсалов. Эти непатогенные бактерии могут оказывать как стимулирующее, так и подавляющее влияние на рост S. aureus.
Как бактерии конкурируют за биотин
Исследование, опубликованное в The ISME Journal, показывает, что конкуренция играет важную роль в бедной питательными веществами среде человеческого носа.
«Между S. aureus и назальными комменсалами идёт активная борьба за витамин биотин, которая влияет на жизнеспособность S. aureus», — говорит Симон Хайльброннер, профессор микробиологии Биоцентра LMU и ведущий учёный исследования. Его команда исследовала молекулярные механизмы, лежащие в основе взаимодействий между S. aureus и его комменсалами.
Биотин жизненно важен для всех организмов, поскольку действует как кофактор ферментов. Это делает его незаменимым для различных метаболических путей, включая глюконеогенез, синтез жирных кислот и расщепление аминокислот. Человеческий организм не может производить этот витамин самостоятельно и должен получать его с пищей, поэтому его концентрация в тканях обычно остаётся низкой.
«Наши результаты показывают, что биотин доступен в носовой полости в очень ограниченном количестве и что его дефицит ухудшает рост и функциональность клеточной мембраны S. aureus», — объясняет Хайльброннер.
Последствия для борьбы с инфекциями
Хотя бактерия, как и некоторые её комменсалы, может сама производить биотин, его синтез требует много энергии. Кроме того, определённое количество витамина постоянно теряется непроизвольно из-за процессов в клеточной мембране.
«Все исследованные назальные бактериальные штаммы, следовательно, обладают очень эффективными молекулярными механизмами поглощения витамина» — решающий фактор, вызывающий конкуренцию за этот ценный и сильно ограниченный ресурс.
Кроме того, некоторые бактерии — особенно коагулазонегативные стафилококки — сильно зависят от соседей, способных производить биотин, поскольку сами полностью лишены способности к биосинтезу. Соответственно, они питаются продукцией других и сокращают количество доступного биотина в назальной среде.
«Мы смогли продемонстрировать, что биотин сильно влияет на взаимодействия между видами микробиома человеческого носа и способствует как конкуренции, так и взаимным зависимостям», — говорит Хайльброннер.
«Несмотря на способность самостоятельно производить биотин, S. aureus нуждается в его поступлении из окружающей среды для оптимального роста, и присутствие комменсалов, конкурирующих за тот же ресурс, замедляет рост патогена».
Это представляет возможную точку атаки в борьбе с мультирезистентными микробами. «Учёные могли бы целенаправленно разрабатывать пробиотики, состоящие из комменсалов, которые не снабжают S. aureus биотином, а конкурируют за него. Альтернативно, можно было бы использовать новые препараты, блокирующие синтез или потребление биотина. В случае успеха такие стратегии вытеснили бы S. aureus из носа и снизили риск заражения».