Бактерии, обнаруженные в микробиоме раны, могут ускорять заживление, что открывает возможности для терапии ран на основе микробиоты.
Кожные раны, которые не заживают в обычные сроки, считаются хроническими, и, по оценкам, 2% населения планеты сталкиваются с хроническими ранами в течение своей жизни. Помимо сильной боли, люди с хроническими ранами могут сталкиваться с проблемами психического здоровья из-за постоянного характера этого состояния и риска рецидива. Это существенно влияет на качество их жизни, что подчеркивает необходимость в эффективных методах лечения.
Учитывая эту неудовлетворенную клиническую потребность, исследователи изучают новую перспективу - микробиом раны. "Ранее опубликованные исследования в основном фокусировались на дефектных процессах в клетках кожи, которые способствуют нарушению заживления", - рассказывает Эллен Уайт, микробиолог из Пенсильванского университета. «Но недавно мы поняли, что существует микробиом раны - целая экосистема, которая колонизирует раны и может влиять на их заживление».
Недавно Уайт и ее коллеги показали, что бактерия, обнаруженная в хронических ранах, может способствовать заживлению ран у мышей. Результаты, опубликованные в журнале Science Advances, раскрывают механизм восстановления ран под действием бактерий и создают основу для разработки терапии на основе микробиома. «Это исследование уникально с точки зрения привлечения внимания к полезной части микробиома хронических ран», - говорит Ирена Пастар, которая изучает взаимодействие микробиома при кожных заболеваниях в Университете Майами и не принимала участия в исследовании.
Чтобы идентифицировать микробиоту, ассоциированную с хроническими ранами, группа Уайт взяла мазки из язв диабетической стопы 100 участников и секвенировала ДНК из этих образцов. Среди бактерий, в изобилии присутствующих в образцах, они выделили экологическую непатогенную бактерию Alcaligenes faecalis. Изучив опубликованные данные, исследователи обнаружили, что эта бактерия широко распространена в различных типах хронических ран, таких как язвы вследствие давления и венозные язвы на ногах. Это побудило их изучить роль A. faecalis в хронических ранах.
Для своих экспериментов ученые использовали диабетическую мышиную модель, в которой нарушено заживление ран. Они создали раны диаметром около восьми миллиметров на коже спины этих мышей и обработали их культурой A. faecalis. Фотографируя раны в разное время, они обнаружили, что раны, колонизированные A. faecalis, были значительно меньше, чем раны, обработанные контрольным раствором. Чтобы лучше понять, как A. faecalis влияет на заживление ран, исследователи использовали тесты in vitro, чтобы выяснить, способствует ли бактерия миграции клеток - важнейшему процессу, который происходит в наружном слое кожи на ранних стадиях заживления ран.
Они выделили кератиноциты, клетки наружного слоя кожи, у мышей-диабетиков и культивировали их in vitro. Как только клетки образовали слой, исследователи наносили тонкую царапину по центру, разрушая слой клеток. Затем ни обрабатывали культуру либо A. faecalis, либо контрольным раствором и делали фото, чтобы проследить, как быстро клетки с неповрежденной стороны двигались к царапине, заполняя пустое пространство. По сравнению с контрольными клетками, обработка A. faecalis увеличила скорость миграции кератиноцитов. Аналогичные результаты были получены при повторном эксперименте с клетками кожи, полученными от людей, страдающих диабетом, что говорит о том, что эта бактерия, вероятно, влияет на заживление ран у людей по схожему механизму.
Колонии Alcaligenes faecalis на кровяном агаре. Фото: Ellen White.
Чтобы понять, как A. faecalis способствует миграции кератиноцитов, исследователи взяли образцы из ран мышей-диабетиков, обработанных A. faecalis, и секвенировали РНК из тканей. По сравнению с необработанной тканью, в ранах, обработанных A. faecalis, наблюдалось снижение экспрессии нескольких генов. Наиболее сильно сниженные гены кодировали матричные металлопротеиназы (ММП) - ферменты, разрушающие внеклеточный матрикс клеток. Предыдущие исследования показали, что кератиноциты вблизи края раны экспрессируют ММП, что помогает этим клеткам мигрировать к ране и способствовать ее заживлению. Однако диабетическое состояние способствует чрезмерной экспрессии ММП, что пагубно сказывается на заживлении ран.
Иммунофлуоресцентный анализ раневой ткани мышей-диабетиков выявил высокую экспрессию ММП у краев раны, которая снизилась после воздействия A. faecalis. Добавление ММП в раны, обработанные A. faecalis, привело к тому, что они вели себя так же, как и раны, не обработанные бактериями, что подтверждает, что A. faecalis достигает своих провоспалительных свойств за счет снижения ММП в месте ранения.
Уайт была взволнована этими неожиданными находками, сказав: «Изначально мы не ставили перед собой задачу найти бактерии, способствующие заживлению ран». Эти результаты позволяют по-новому взглянуть на микробиом раны. «Большинство ран в конечном итоге заживают, а это значит, что не вся бактериальная колонизация является плохой. Есть и полезные бактерии, которые мы можем использовать для лечения ран», - отмечает Уайт. «Результаты показывают, что нам нужно думать о том, как сохранить дружественные бактерии, используя при этом менее агрессивные антимикробные подходы для устранения патогенов из хронической раневой среды».
По мнению Пастар, дальнейшая работа может быть направлена на выявление факторов заживления, выделяемых A. faecalis, и их тестирование в клинических испытаниях. Кожа кишит многочисленными видами бактерий, которые взаимодействуют друг с другом, а также с различными типами клеток кожи. «Поэтому изучение того, как A. faecalis взаимодействует с основными виновниками подавленного заживления ран, улучшит клиническое применение», - пояснила она. Уайт соглашается с ней. «Взаимодействие между различными микроорганизмами, вероятно, является действительно важной частью картины», - сказала она. «Но для того чтобы получить картину всего сообщества, нам также необходимо лучше понимать отдельные бактерии».
