Пробиотические бактерии эволюционируют в желудочно-кишечном тракте мышей

Пробиотики — живые бактерии, принимаемые для улучшения пищеварения — могут эволюционировать внутри организма, становясь менее эффективными, а иногда и потенциально вредными. К такому выводу пришло новое исследование Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе.

Изучая штамм Escherichia coli (E. coli), продаваемый в Европе как противодиарейный пробиотик, учёные обнаружили, что ДНК бактерий изменяется, и они развивают новые способности после нескольких недель жизни в кишечнике мышей. В некоторых условиях пробиотики даже «обращались» против хозяев, приобретая способность разрушать защитный слизистый слой кишечника. Разрушение этого слоя связывают с синдромом раздражённого кишечника. На то, как и сколько эволюционировал пробиотик, влияли диета мышей и состав их кишечного микробного сообщества.

Результаты, опубликованные 26 марта в Cell Host & Microbe, показывают, что пробиотики — не универсальная терапия. То, что помогает одному человеку, может эволюционировать и стать неэффективным или вредным для другого. Известны случаи серьёзных инфекций, связанных с приёмом пробиотиков.

«Если мы будем использовать живые организмы в качестве лекарств, мы должны признать, что они будут адаптироваться. То, что вы вводите в тело, не обязательно останется тем же самым даже через пару часов», — говорит старший автор Гаутам Дантас. — «Нет микроба, не подверженного эволюции. Это не причина отказываться от пробиотической терапии, но причина тщательно изучить, как и при каких условиях они меняются».

Пробиотики разрабатываются для лечения серьёзных заболеваний, таких как воспалительное заболевание кишечника, фенилкетонурия (PKU) и некротизирующий энтероколит. Но когда терапия представляет собой живой, изменяющийся организм, доказательство её безопасности и эффективности становится особой проблемой.

Ход исследования

Для изучения эволюции пробиотиков в разных условиях исследователи использовали штамм E. coli Nissle 1917. Мышам с четырьмя типами микробиомов (стерильным, нездоровым, нормальным и после антибиотиков) давали этот пробиотик и разные диеты:

• стандартный корм;
• корм с высоким содержанием жира и сахара и низким содержанием клетчатки (модель «западной» диеты);
• «западный» корм с добавкой клетчатки.

Через пять недель учёные проанализировали ДНК бактерий из кишечника мышей.

Ключевые выводы

• В здоровом, разнообразном микробиоме значительной адаптации пробиотика не происходило.
• Наибольшая эволюция наблюдалась в нездоровом, низкоразнообразном микробиоме — именно в таком состоянии пробиотики чаще всего назначают людям.
• Диета «западного» типа способствовала более быстрой и масштабной адаптации бактерий.

Применение в терапии

Исследователи проверили эти принципы, создав потенциальную терапию для PKU. В штамм Nissle встроили ген, позволяющий бактериям расщеплять фенилаланин. Генно-инженерные бактерии дали мышам, не способным метаболизировать фенилаланин. Уровень фенилаланина у некоторых мышей снизился вдвое уже на следующий день. При этом значительных изменений в ДНК модифицированного штамма за неделю лечения обнаружено не было, что говорит о его потенциальной безопасности на коротких промежутках времени.

Заключение

Открытие того, что пробиотики эволюционируют по-разному в зависимости от индивидуального микробиома и диеты, открывает путь к персонализированной пробиотической медицине.

«Эволюция — данность. Всё будет эволюционировать. Нам не нужно её бояться. Мы можем использовать принципы эволюции, чтобы создать лучшую терапию, тщательно адаптированную для нуждающихся в ней людей. Это возможность, а не проблема», — заключает Дантас.