Минимальная доза с максимальным эффектом
Исследователи из LMU показали, что определённый набор из 15 видов бактерий защищает мышей от инфекций Salmonella так же эффективно, как и естественная микробиота кишечника. Эта система облегчит изучение взаимодействий «хозяин–патоген» в кишечнике.
Кишечник млекопитающих содержит тысячи видов микроорганизмов — микробиоту или микробиом, — которые взаимодействуют друг с другом и с хозяином, образуя сложную экосистему. У здоровых организмов это сообщество обеспечивает эффективную защиту от многих патогенов, таких как Clostridium difficile и различные виды Salmonella. Исследователи под руководством микробиолога LMU профессора Бэрбел Штехер в сотрудничестве с коллегами из Венского университета и Мюнхенского технического университета теперь показали, что у мышей определённая группа из 15 видов бактерий обеспечивает такую же степень защиты от сальмонеллёза, как и естественная микробиота хозяина. Работа создаёт новую модель для исследования взаимодействия между микробиомом кишечника и инфекционными патогенами, что может открыть новые подходы к лечению желудочно-кишечных инфекций. Новые результаты опубликованы в журнале Nature Microbiology.
Защитный эффект микробиоты кишечника от инвазивных патогенов называется резистентностью к колонизации. Воздействие антибиотиков может нарушить этот механизм, поскольку эти препараты обычно изменяют состав бактериальной популяции в желудочно-кишечном тракте. «Однако вклад отдельных видов бактерий в резистентность к колонизации остаётся неясным», — говорит Штехер, которая также является членом Немецкого центра исследований инфекций (DZIF). «Чтобы лучше понять функции микробиоты кишечника в этом контексте, мы уже создали в моей лаборатории минимальный консорциум из 12 видов бактерий, репрезентативных для микробиома кишечника мыши». Этот набор видов, называемый Oligo-MM-12, можно ввести в стерильных мышей, и он стабильно сохраняется в течение нескольких поколений. Однако, хотя мыши, колонизированные видами Oligo-MM-12, более устойчивы к инфекции Salmonella enterica, чем их стерильные сородичи, они защищены не так хорошо, как мыши с нормальным микробиомом.
Затем команда разработала новую стратегию, названную дизайном микробиоты на основе генома, для выявления видов, необходимых для обеспечения такой же защиты, как естественный микробиом кишечника мыши. «Мы сравнили последовательности ДНК 12 видов, представленных в Oligo-MM-12, с гомологичными последовательностями, полученными из общего микробиома мыши, и смогли идентифицировать группы генов, отсутствующие в нашем наборе», — объясняет Штехер. Некоторые из этих генов оказались характерными для так называемых факультативных анаэробов, то есть видов бактерий, которые лучше всего растут в присутствии кислорода, но тем не менее способны размножаться в его отсутствие. Действительно, род Salmonella состоит из факультативных анаэробов, в то время как почти все виды, составляющие консорциум Oligo-MM-12, являются облигатными анаэробами, для которых кислород токсичен.
«Поэтому мы дополнили наш исходный консорциум тремя факультативно-анаэробными видами, которые встречаются в микробиоте здоровых мышей, — говорит Штехер, — и мы смогли экспериментально продемонстрировать, что эта комбинация обеспечивает такой же уровень резистентности к колонизации Salmonella, как и у мышей с естественной микробиотой». Штехер и её коллеги считают, что их новая «мини-микробиота» вместе с использованием дизайна микробиоты на основе генома предоставляет мощный новый инструмент для выявления ранее неизвестных функций, опосредованных естественной микробиотой. Это открывает путь к идентификации конкретных видов бактерий, которые могут смягчать последствия дисфункции микробиоты кишечника, связанной с заболеванием.