Что так воняет? Роль сероводорода в работе кишечника
Кто учуял, тот и сделал... особенно если то, что было сделано, пахнет тухлыми яйцами.
Виновником этой "яичной" вони является сероводород (H2S) - бесцветный, резкий газ, вырабатываемый как клетками млекопитающих, так и бактериями в кишечнике. Помимо того, что H2S обладает способностью "проветривать" помещение, он также участвует в огромном количестве процессов, способствующих укреплению здоровья и развитию заболеваний. Итак, что же известно об этом газе?
Большинство людей в той или иной степени сталкивались с запахом H2S. Этот газ - богатая электронами молекула, состоящая из атома серы и двух водородов, - используется в различных промышленных процессах (например, при производстве продуктов питания, текстиля, нефти, природного газа и т.д.) и образуется при их производстве. Его также можно обнаружить в канализации, горячих источниках и разлагающихся органических веществах. Растения производят H2S, как и бактерии, в том числе и те, которые живут в нашем кишечнике.
Некоторые микроорганизмы кишечника (например, Salmonella, Escherichia, Fusobacterium и др.) вырабатывают H2S, расщепляя для получения энергии серосодержащие аминокислоты, такие как цистеин или таурин. Такие серосодержащие субстраты могут быть получены из рациона хозяина или из самого хозяина (например, таурин часто образуется в результате микробного метаболизма желчных кислот). Некоторые анаэробные бактерии, в частности представители рода Desulfovibrio, также вырабатывают H2S путем восстановления сульфата - соединения, естественно содержащегося в различных продуктах питания и питьевой воде. Хотя клетки хозяина вырабатывают H2S из цистеина и других субстратов (так называемый эндогенный H2S), значительная часть того, что присутствует в кишечнике, производится бактериями (экзогенный H2S).
Большинство людей знакомы с генерируемым в кишечнике H2S как с компонентом отхождения газов (как бы им ни хотелось этого не делать). Но одно дело - как H2S вырабатывается (и выделяется), а другое - как он взаимодействует с бактериями и клетками хозяина в кишечнике, влияя на многочисленные физиологические процессы.
Превращение серы в H2S служит источником энергии для бактерий. Однако сам газ - это не просто побочный продукт метаболизма, он также защищает микробы от воздействия окружающей среды, например от окислительного стресса. Каким образом? Газ улавливает свободные радикалы и другие молекулы, способные повреждать ДНК, и усиливает активность эндогенных антиоксидантных ферментов. Еще одним подтверждением его защитной роли является то, что H2S обеспечивает защиту от разрушительного действия антибиотиков, некоторые из которых вызывают окислительный стресс в бактериальных клетках.
H2S также может быть полезен для выживания микроорганизмов в условиях стрессовых воздействий со стороны хозяина. Например, в исследовании 2018 года показано, что штаммы авирулентной кишечной палочки и метициллин-резистентного золотистого стафилококка, не способные вырабатывать H2S, были более восприимчивы к уничтожению лейкоцитами in vitro. Отсутствие выработки H2S также способствовало очищению от бактерий в мышиных моделях сепсиса и тяжелых ожогов. Хотя эти результаты не являются специфичными для микробиоты кишечника, они позволяют предположить, что H2S действует как защитный механизм бактерий против иммунных реакций хозяина, включая лейкоцитарную продукцию реактивных форм кислорода (ROS), что может быть защитным фактором в контексте выживания и обеспечения роста в кишечнике.
Когда речь идет о здоровье хозяина, ученые уже несколько десятилетий знают, что H2S приносит много пользы организму человека. В основном он выполняет функцию сигнальной молекулы и участвует во всех процессах - от транскрипции генов и реакций ROS до клеточного дыхания и пролиферации. Этот газ также служит важным источником энергии для эпителиальных клеток толстой кишки. Кроме того, образующийся в кишечнике H2S не задерживается там, а диффундирует из кишечника в циркуляцию, где участвует в работе органов всего организма, включая сердце, легкие и мозг. Действительно, данные исследований на животных свидетельствуют о том, что циркулирующий H2S в значительной степени образуется в результате метаболической активности микробиоты кишечника.
В связи с этим генерируемый микробами H2S может, в свою очередь, формировать состав микробного сообщества кишечника. Это оказывает огромное количество воздействий на здоровье хозяина, в том числе помогает обучать и регулировать иммунную систему, чтобы она могла распознавать микробов-друзей от врагов. Таким образом, H2S является как средством защиты бактерий от реакции хозяина, так и инструментом, формирующим эту реакцию для поддержания гомеостаза кишечника. Этот газ также напрямую взаимодействует с иммунными клетками, влияя на их активацию и жизнедеятельность. Кроме того, микробная продукция H2S может ингибировать ферменты, необходимые для аэробного дыхания некоторых бактериальных патогенов (например, Klebsiella pnuemonieae), что потенциально может способствовать сопротивлению инфекции.
Но есть одна загвоздка: H2S токсичен. Точнее, он может быть токсичен в зависимости от концентрации. Это является определяющей особенностью H2S: в небольших количествах он хорош, однако если количество H2S превышает возможности клеток по его использованию и детоксикации, то это становится проблемой. В чем именно заключаются эти проблемы?
Во-первых, слишком большое количество H2S подавляет клеточное дыхание хозяина, ингибируя один из компонентов электронно-транспортной цепи в митохондриях, и повреждает ДНК. Также было показано, что большое количество экзогенного H2S разрушает защитный слой слизи, покрывающий кишечник. В этом случае бактерии могут получить доступ к эпителию и вызвать воспаление. Действительно, существует связь между бактериями, продуцирующими H2S, и воспалительными заболеваниями кишечника, такими как воспалительные заболевания кишечника (ВЗК), синдром раздраженного кишечника и колоректальный рак. Учитывая, что эти связи носят в основном ассоциативный характер, необходимы дополнительные исследования для более глубокого понимания конкретной роли H2S в проявлении и прогрессировании заболеваний. Это происходит в рамках более широкой потребности в более глубоком понимании механизмов воздействия газа на кишечную микробиоту и последующего влияния на процессы в организме (например, на иммунную систему).
Несмотря на нерешенные исследовательские вопросы, ассоциации между H2S и состоянием здоровья побудили ученых изучить возможность терапевтического воздействия на его концентрацию. Например, экзогенное введение H2S уменьшало воспаление, способствовало выработке слизи и восстанавливало биопленку микробиоты в мышиной модели ВЗК, что подчеркивает его терапевтический потенциал. В другом недавнем исследовании показано, что H2S, выделяемый микробами кишечника, вступает в реакцию с соединениями (азокрасителями), содержащимися в пищевых красителях и лекарствах; изменение концентрации ксенобиотика (Red 40) в рационе снижает уровень сульфида в кишечнике мышей, демонстрируя возможность корректировки концентрации H2S в кишечнике с помощью диеты и лекарственных препаратов. Также были проведены исследования по использованию численности и метаболической активности H2S-продуцирующих бактерий в качестве индикаторов для диагностики и мониторинга заболеваний кишечника.
Чем больше исследователи узнают о H2S, тем лучше они смогут определить, как его можно использовать во благо. Это вонючая работа, но кто-то должен ею заниматься.
