Ярким примером того, как еще много неизвестного в клинической микробиологии, является недавнее исследование, которое опровергает давние представления об одной распространенной бактерии, обитающей в легких, - Prevotella melaninogenica.
Prevotella melaninogenica — грамотрицательная бактерия, обычно представляющая собой неподвижные короткие палочки или коккобациллы. С момента ее выделения Оливером и Уэрри в 1921 году этот микроорганизм привлекает все больше внимания, особенно с развитием методов, не требующих культивирования, которые позволили выявить его значительную распространенность в микробиоме дыхательных путей человека. По оценкам, P. melaninogenica составляет около 4–8% микробиома полости рта и широко представлена в микробиоме легких, составляя примерно 10% микробных популяций в здоровых легких и до 13% — в легких пациентов с респираторными заболеваниями. Исследования показали, что P. melaninogenica влияет не только на здоровье органов дыхания, но и на развитие целого ряда респираторных заболеваний, включая постковидный синдром, гастроэзофагеальную рефлюксную болезнь, хроническую обструктивную болезнь легких (ХОБЛ) и муковисцидоз.
Частое обнаружение P. melaninogenica в легких, где региональная микросреда может варьироваться от гипоксической до насыщенной кислородом (9,9% кислорода), резко контрастирует с традиционными представлениями, которые описывают этот микроорганизм как строго облигатный анаэроб, неспособный выжить при концентрациях кислорода, превышающих 0,05%. Этот парадокс выявляет фундаментальные пробелы в знаниях о механизмах выживания и персистенции этих бактерий в нижних дыхательных путях.
Исторически сложилось так, что исследования обычно характеризовали P. melaninogenica как строго анаэробный вид, однако эти выводы были основаны на оценках, ограниченных бинарными сравнениями между полностью анаэробными условиями и условиями окружающего воздуха, без учета промежуточных концентраций кислорода. Следовательно, способность бактерии к росту в средне-кислородной среде остается неизвестной. Кроме того, в то время как аэротолерантность была описана у двух представителей рода Prevotella, аэротолерантность P. melaninogenica остается неизученной. Относящиеся к тому же отряду Bacteroidales, родственные виды, такие как Bacteroides thetaiotaomicron и Bacteroides fragilis, продемонстрировали способность к размножению при минимальном содержании кислорода в 0,14%. Однако было установлено, что B. fragilis обладает чрезвычайно высокой аэротолерантностью и может выживать (но не расти) при концентрации кислорода 21% в течение 48 часов. Кроме того, было обнаружено, что B. fragilis обладает несколькими механизмами защиты от окислительного стресса, схожими с теми, что встречаются у факультативно анаэробных бактерий.
На сегодняшний день не проводилось исследований, в которых изучался бы рост P. melaninogenica при промежуточных концентрациях кислорода, характерных для нижних дыхательных путей (1–9,9% O2), в сочетании со значительной аэротолерантностью к атмосферному воздуху, характерной для верхних дыхательных путей. Учитывая эти факторы, исследователи решили выяснить, насколько P. melaninogenica устойчива к воздействию кислорода и может ли расти в его присутствии. Кроме того, ученые поставили задачу определить, какие стратегии защиты от кислорода использует этот микроорганизм, опираясь на недавние исследования родственных ему анаэробных бактерий.
В данной работе авторы оценивали рост и устойчивость P. melaninogenica при промежуточных концентрациях кислорода — 2%, 5% и 8%. В отличие от общепринятой классификации, было продемонстрировано, что P. melaninogenica продолжает расти при концентрации кислорода 2% и 5% — это значительно выше, чем сообщалось ранее для данного рода, — и проявляет высокую аэротолерантность при концентрации кислорода 21%. Анализ транскриптома с помощью РНК-секвенирования показывает, что такая выживаемость, вероятно, обусловлена активной экспрессией генов, отвечающих за защиту от окислительного стресса и репарацию ДНК.
Таким образом, полученные результаты являются первым доказательством существования особых механизмов, которые позволяют Prevotella melaninogenica адаптироваться к дыхательным путям и колонизировать их, что даёт более чёткое представление о том, как этот микроорганизм выживает в средах с высоким содержанием кислорода. Эти результаты требуют пересмотра классификации рода Prevotella в целом. Данное исследование представляет собой важный первый шаг в изучении адаптивной физиологии, функций и микробной динамики Prevotella melaninogenica в условиях переменной концентрации кислорода в дыхательных путях человека. Авторы работы подчеркивают, что более глубокое понимание различных составляющих микробиома легких может помочь в разработке целенаправленных методов лечения.
