Новости

Пластичность экспрессии генов позволяет бактериям адаптироваться к различным условиям окружающей среды. Это особенно актуально в динамичной нише кишечного тракта человека, однако транскрипционные сети остаются практически неизвестными для бактерий, обитающих в кишечнике.    Исследователи из Брауншвейгского центра Гельмгольца по изучению инфекций (Германия) идентифицировали малую рибонуклеиновую кислоту (sRNA), которая влияет на восприимчивость кишечной бактерии Bacteroides thetaiotaomicron к определенным антибиотикам. Результаты исследования, опубликованные недавно в журнале Nature Microbiology, могут послужить основой для создания новых методов лечения кишечных заболеваний и борьбы с антибиотикорезистентностью.    Bacteroides thetaiotaomicron - распространенные кишечные бактерии, которые играют роль в расщеплении полисахаридов в процессе пищеварения, способствуя здоровью человека. Однако они также могут способствовать развитию инфекций, когда экосистема нарушается, например, после лечения антибиотиками. Тем не менее, молекулярные механизмы, позволяющие этим микробам кишечника адаптироваться к окружающей среде, остаются практически неизвестными.    "Мы с моей группой попытались понять, как Bacteroides thetaiotaomicron приспосабливаются к меняющимся условиям в кишечнике", - рассказал руководитель исследования Александр Вестерманн. "Мы применили дифференциальное секвенирование РНК (RNA-seq) и обычное RNA-seq для Bacteroides thetaiotaomicron, чтобы картировать транскрипционные единицы и профилировать их уровни экспрессии в 15 условиях роста in vivo". Сопоставив эту информацию об экспрессии генов с литературными данными о приспособленности генетически сконструированных вариантов бактерий, ученые смогли получить целостное представление о регуляторных сетях и функциональной роли sRNAs в адаптации бактерий. "Наши результаты позволяют по-новому взглянуть на сложное взаимодействие между сигналами окружающей среды, экспрессией генов и приспособленностью бактерий", - говорит Вестерманн.    Исследователи, изучив содержание нуклеиновых кислот Bacteroides thetaiotaomicron, выявили специфическую sRNA MasB, которая влияет на чувствительность бактерии к антибиотикам тетрациклинового ряда. "Обнаружив sRNA MasB и ее роль в модуляции чувствительности к антибиотикам, мы выявили ранее не изученный механизм регуляции, - объясняет Вестерманн. "Полученные результаты дают информацию о влиянии лечения антибиотиками на микробиоту. На этой основе можно разработать новые стратегии предотвращения побочного ущерба, наносимого антибиотиками полезным бактериям, и усовершенствовать терапевтические средства".    "Биология РНК Bacteroides и других членов микробиоты кишечника до сих пор плохо изучена. Подобные исследования закладывают основу для будущих изысканий, предлагая фундаментальный ресурс для дальнейших исследований", - утверждает Вестерманн. "Полученные нами данные, находящиеся в открытом доступе (http://micromix.helmholtz-hiri.de/bacteroides/), представляют собой ценный ресурс для микробиомного сообщества.

Пищевая аллергия возникает отчасти из-за нарушения целостности кишечного барьера, что открывает молекулам пищевых продуктов доступ в кровеносную систему, где они вступают в контакт с иммунной системой.     Микробиом кишечника способствует здоровью кишечника, частично помогая поддерживать барьерную функцию. Бактерии рода Clostridia способствуют укреплению кишечного барьера и снижают чувствительность к пище и аллергию. Кэтрин Наглер, иммунолог из Чикагского университета, и ее коллеги ранее обнаружили, что бактерии этого рода более многочисленны у неаллергиков, чем у людей с пищевой аллергией. "Мы начали фокусироваться на взаимодействии хозяина и микроорганизмов, которое опосредует эту барьерную защитную реакцию", - рассказала Наглер.    В статье, опубликованной в журнале Cell Reports, группа Наглер продемонстрировала, что жгутики клостридий вырабатывают индол, метаболит триптофана, что способствуют целостности барьера. Авторы предположили, что выработка интерлейкина (IL)-22 клетками хозяина способствует целостности кишечного барьера, а бактериальные продукты, такие как метаболиты и флагеллин, индуцируют IL-22 хозяина.    Чтобы определить роль жгутиков в предотвращении проницаемости кишечника, исследователи сначала пролечили новорожденных мышей антибиотиками, чтобы нарушить их микробиом. Через неделю после отлучения от матери группа взяла кишечные ткани животных и обработала их жгутиками из комменсальных Clostridia или патогенных Salmonella. "Комменсальные жгутики и патогенные жгутики структурно и функционально отличаются друг от друга", - поясняет Наглер. Обе обработки жгутиками привели к выработке барьерного защитного IL-22 в кишечнике. "Очень интересно, что почти один и тот же белок, но с разными аминокислотами вызывает разные реакции", - отметила Памела Чанг, иммунолог из Корнельского университета, которая не принимала участия в исследовании.    Поскольку IL-22 способствует целостности кишечника, участники исследования выяснили, снижают ли молекулы комменсальных клотридий проницаемость кишечного барьера. Они нарушили микробиом кишечника с помощью неонатального воздействия антибиотиками. После отлучения от матери исследователи вводили мышам жгутики клостридий или сальмонелл в три разных дня в течение одной недели. По окончании этих процедур ученые перорально вводили мышам флуоресцеин изотиоцианат (FITC)-декстран. Исследователи наблюдали за выделением FITC-декстрана в кровь из кишечника, что является показателем негерметичности кишечного барьера. У мышей, получивших жгутики Clostridia, в сыворотке было меньше FITC-декстрана по сравнению с животными, не подвергавшимися воздействию, и с теми, которые получили жгутики патогенных Salmonella.    Лиганды ариловых углеводородных рецепторов (AhR), такие как индол, также способствуют выработке иммунными клетками IL-22, поэтому исследователи изучили влияние этого продукта на выработку IL-22. Используя процесс, аналогичный экспериментам со жгутиками, авторы нарушили микробиом новорожденных мышей. Они показали, что ткани кишечника отнятых от матери мышей, стимулированные индолом, индуцировали выработку IL-22, хотя и в меньшем количестве, чем при обработке жгутиками.    Чтобы определить влияние индола на целостность кишечного барьера, мышам после отъема от матери в течение недели перорально вводили индол, а затем перорально вводили FITC-декстран для оценки проницаемости кишечника. Введение индола уменьшило количество FITC-декстрана, попавшего в кровь. Однако исследователи продемонстрировали, что это не зависит от действия IL-22, нейтрализовав IL-22 с помощью антител через неделю после отлучения от матери и не обнаружив никакого влияния на проницаемость кишечника. Это позволило предположить, что барьерная защита с помощью продуктов Clostridia выходит за рамки одного только IL-22.    По словам Наглер, это исследование показывает, как бактерии рода Clostridia защищают кишечный барьер и предотвращают пищевую аллергию. "Можно представить, что если у кого-то дисбиотический микробиом, и у него недостаточно или вообще нет клостридий, содержащих эти специфические молекулы, то у него может быть больше шансов развить пищевую аллергию", - считает Чанг. Наглер полагает, что эти результаты имеют широкое значение для понимания кишечного микробиома и здоровья хозяина. "Поддержание эффективной барьерной защитной реакции имеет фундаментальное значение для целого семейства неинфекционных хронических заболеваний, которые растут параллельно с пищевой аллергией", - сказала она.