Бифидобактерии являются очень интересными микроорганизмами для изучения учеными. Ведь они занимаются не только защитой организма хозяина от внешних патогенов, но и активно участвуют в регуляции различных иммунных и химических реакций (например, регуляция углеводного обмена в организме), которые очень важны для поддержания жизнедеятельности человека и животных.
Бифидобактериальный углеводный обмен
ЖКТ человека является домом для сложного микробного сообщества, которое включает примерно в 100 раз больше генов, чем количество генов, присутствующих в геноме хозяина. На микробное сообщество ЖКТ человека, которое, как полагают, образуется сразу после рождения, влияют различные факторы, такие как способ родов (то есть естественные роды или кесарево сечение), тип кормления (грудное вскармливание или искусственное вскармливание), воздействие антибиотиков, частота и характер заболеваний и гигиенические условия. Бифидобактерии доминируют в общей популяции различных кишечных бактерий у здоровых грудных детей. Во взрослом возрасте популяция бифидобактерий стабилизируется и составляет 3-6% от общей микробной популяции кишечника, тогда как в пожилом возрасте (>65 лет) численность бифидобактерий обычно резко снижается с возрастом.
Обилие и состав кишечной микробиоты зависят от рациона ее хозяина, и бактерии микробиоты развили эффективные механизмы для использования доступных питательных веществ. Усваиваемые простые сахара, такие как лактоза и сахароза, метаболизируются в верхней части кишечника хозяином и бактериями, такими как лактобациллы – жители верхнего отдела желудочно-кишечного тракта. В нижнем отделе кишечника метаболизируется разнообразный набор неперевариваемых углеводов, включая сложные растительные полисахариды (например, пектин, гемицеллюлоза и ксиланы), углеводы, полученные из организма хозяина (такие как муцин и гликосфинголипиды), и внеклеточные полисахариды, которые производятся бактериями кишечной микробиоты. Поэтому неудивительно, что в среднем более 12% открытых рамок считывания в бифидобактериальных геномах, как предполагается, кодируют ферменты, участвующие в углеводном обмене. В самом деле, недавнее исследование, проведенное на последовательностях генома от типа штаммов каждого из 47 видов бифидобактерий, показало, что 5,5% основных бифидобактериальных геномных кодирующих определенные последовательности, связаны с углеводным обменом.
Совсем недавно учеными было обнаружено, что бифидобактерии (а именно B. breve и B. Longum), присутствующие в кишечнике ребенка, метаболизируют олигосахариды человеческого молока, что активно сказывается на высоком здоровье ребенка.
Биотехнология бифидобактерий
Исследование бифидобактериального метаболизма привело к созданию пребиотической культуры, которая, в свою очередь, дает человеку-хозяину преимущества для здоровья, стимулируя метаболизм и активность бифидобактерий в ЖКТ. Однако реальные механизмы действия, ответственные за такие пробиотические эффекты, далеко не до конца изучены учеными. Золотым стандартом подхода к изучению роли одного гена и его продуктов является специфически направленный мутагенез и последующий фенотипический анализ генерируемого мутанта бифидобактерий. К сожалению, бифидобактерии довольно устойчивы к искусственным методам получения ДНК, что означает, что генетическая модификация бифидобактерий до недавнего времени оказалась невозможной. Однако относительно с недавнего времени ученым удалось выделить ДНК бифидобактерий и провести полногеномное секвенирование их геномов с помощью ПЦР метода. Что дает высокую возможность полного изучения бифидобактерий учеными.
Таким образом, хорошо установлено, что бифидобактерии дают положительные преимущества для здоровья своему хозяину через их метаболическую активность. Наличие полных бифидобактериальных геномов и соответствующего сравнительного анализа позволяет выявить механизмы, лежащие в основе метаболической активности бифидобактерий. Исследования утилизации углеводов и идентификация метаболических путей также предоставляют информацию, позволяющую идентифицировать новые и эффективные пребиотические и пробиотические соединения.
А также было показано, что углеводы растительного происхождения и производные от хозяина стимулируют рост некоторых видов бифидобактерий. Для выявления и получения полных знаний о генах, вовлеченных в деградацию и утилизацию углеводов, необходима характеристика и мутагенез «генов-кандидатов». Однако бифидобактерии, как известно, тяжело поддаются расшифровке генетической информации клеток. Поэтому крайне важно, чтобы будущие исследования продолжали разработать новые способы идентификации геномов бактерий. Разработка этих инструментов имеет важное значение для определения лежащих в основе молекулярных механизмов, которые объясняют, как бифидобактерии взаимодействуют со своим человеческим хозяином.
