Поток жидкостей формирует социальную жизнь кишечных микробов

Новое исследование показывает, что поток жидкостей влияет на пространственную организацию бактериальных сообществ, населяющих наш кишечник, раскрывая упускаемый фактор, потенциально опосредующий состояние нашего микробиома и здоровье кишечника.

Понимание факторов, формирующих состав микробиоты кишечника, крайне важно, так как нарушения в этом хрупком балансе связаны с различными заболеваниями, включая воспалительные заболевания кишечника, ожирение и метаболические расстройства.

В новом исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, учёные под руководством Алекса Персата из Школы наук о жизни EPFL представили новые данные о том, как физические силы текущих жидкостей в кишечнике формируют бактериальные сообщества. Работа, проведённая совместно с лабораторией Тома Баттина в Школе архитектуры, гражданского и экологического строительства EPFL и коллегами из ETH Zurich, проливает свет на сложные механизмы, с помощью которых разные виды бактерий микробиоты взаимодействуют друг с другом, обмениваясь питательными веществами.

Чтобы понять роль потока жидкости в формировании взаимодействий между видами кишечных бактерий, исследователи изучили два распространённых полезных вида: Bacteroides thetaiotaomicron и Bacteroides fragilis.

Команда изучила, как эти два вида обмениваются питательными веществами в присутствии декстрана — распространённой пищевой добавки. Бактериальные сообщества выращивали в микрофлюидном устройстве в анаэробных условиях, имитирующих кишечную среду. В этих условиях сообщества росли в форме многоклеточных структур — биоплёнок, где обмен питательными веществами влияет на взаимное расположение разных видов.

Используя высокоразрешающую микроскопию, учёные впервые смогли понять физические принципы, управляющие организацией сообществ микробиоты.

Исследование показало, что поток жидкостей в кишечнике влияет на взаимодействие этих бактерий и обмен полезными побочными продуктами метаболизма декстрана, что приводит к формированию биоплёнок, прикреплённых к внутренней поверхности кишечника.

Кроме того, этот обмен «общественными благами» также формирует пространственное распределение сообщества. «Потоки жидкости, напоминающие те, что испытывают эти виды бактерий в толстой кишке человека, сильно влияют на пространственную организацию и состав синтрофических сообществ посредством распределения общественных благ», — говорит первый автор исследования Джереми Вонг.

Также было обнаружено, что сила потока влияет на формирование биоплёнки бактериями B. fragilis: при слишком сильном потоке концентрация полезных побочных продуктов на поверхности снижалась, ограничивая рост биоплёнок B. fragilis. Это указывает на то, что физические факторы могут влиять на общий состав и стабильность сообществ кишечных бактерий.

Исследование подчёркивает важность учёта не только химических, но и физических сил, формирующих сообщества кишечных бактерий. Этот новый взгляд может открыть новые подходы к поддержанию здорового микробиома кишечника и предотвращению или даже лечению заболеваний, возникающих из-за проблем в бактериальных сообществах.