Дружественные кишечные бактерии могут вытеснять патогены, конкурируя за энергетические ресурсы

Новое исследование учёных из UC Davis Health показывает, как пробиотики — дружественные бактерии в кишечнике — могут помочь в борьбе с патогенами, такими как Salmonella, конкурируя с ними за необходимые ресурсы.

Исследование, опубликованное в Cell Host & Microbe, демонстрирует, что доступность питательных веществ сама по себе не определяет, где бактерии, включая патогены, могут выживать и процветать в кишечнике.

Люди ограничены использованием кислорода для генерации энергии. Микробы же эволюционировали механизмы, позволяющие им «дышать» разными соединениями, например, нитратами.

В исследовании сравнивали дружественный штамм Escherichia coli Nissle 1917 и патогенную Salmonella, вызывающую желудочно-кишечные заболевания.

Микробы используют нитрат для получения энергии

Нитрат — важный ресурс для кишечных микробов. Он поступает с пищей и образуется как побочный продукт метаболизма, а его уровень повышается при воспалении.

Оба штамма бактерий используют нитрат для энергии. Однако учёные обнаружили, что Salmonella может использовать только нитрат, генерируемый фагоцитами — иммунными клетками, которые организм отправляет к повреждённым или инфицированным тканям.

E. coli Nissle использует нитрат, произведённый как клетками кишечного эпителия, так и фагоцитами, что позволяет ей конкурировать с Salmonella за её источник энергии.

Когда исследователи заражали мышей Salmonella, это вызывало воспаление и приток фагоцитов в просвет кишечника. Salmonella заняла нишу, богатую фагоцитами, и использовала исключительно производимые ими нитраты.

Сенсоры ограничивают доступ Salmonella к ресурсам в кишечнике

Исследователи выяснили, почему Salmonella не использует нитрат от здоровой ткани кишечника. Ответ кроется в её хемотаксисных рецепторах — сенсорах, которые позволяют бактерии «вынюхивать» окружение и двигаться к более благоприятной среде. Эти рецепторы направляли патоген прочь от нитрата, произведённого эпителием, и к воспалительным фагоцитам.

Пробиотическая E. coli лишена таких хемотаксисных рецепторов, что позволяет ей занимать обе ниши и конкурировать с патогеном в его предпочитаемой среде.

Это исследование углубляет понимание нутритивной основы колонизации кишечника и может помочь в разработке пробиотиков для борьбы с инфекциями.