Разнообразие микробиома защищает от патогенов, блокируя питательные вещества

Исследователи из Оксфордского университета выяснили, как сообщества кишечных бактерий защищают организм от вредных патогенов. Их работа, опубликованная в Science, показывает, что защита — это коллективное свойство микробиома, основанное на конкуренции за питательные вещества.

Ключевые выводы:

• Индивидуальные бактерии неэффективны: Отдельные штаммы 100 протестированных кишечных бактерий плохо сдерживали рост патогенов Klebsiella pneumoniae и Salmonella enterica.
• Сообщества обеспечивают защиту: Когда бактерии объединялись в сообщества до 50 видов, рост патогенов подавлялся в 1000 раз эффективнее. Этот эффект наблюдался как в пробирках, так и у стерильных мышей.
• Важен состав, а не только разнообразие: Определённые виды бактерий были критически важны для защиты сообщества, хотя сами по себе почти не защищали.
• Механизм — «блокировка питательных веществ»: Защитные сообщества потребляют те питательные вещества, которые необходимы патогену для роста.
• Ключ — метаболическое сходство: Наиболее защитные сообщества состояли из видов с высоким сходством профилей использования питательных веществ (особенно источников углерода) с патогеном, что показал анализ геномов и метаболомный профилинг.

Экспериментальное подтверждение принципа:

Используя принцип «блокировки питательных веществ», учёные спрогнозировали, какие сообщества будут слабо или сильно защищать от устойчивого к антибиотикам штамма E. coli. Эксперименты подтвердили: сообщества с наибольшим метаболическим перекрытием с патогеном подавляли его численность в 100 раз эффективнее прогнозируемо слабых сообществ.

Значение работы:

• Объясняет, почему лечение антибиотиками (снижающее разнообразие микробиома) может повысить восприимчивость к инфекциям.
• Открывает путь к разработке стратегий по оптимизации состава микробиома для защиты от конкретных вредных бактерий.