Новое исследование от Университета штата Северная Каролина показало, что пробиотические бактерии лактобациллы используют ферменты для манипулирования желчными кислотами, способствуя собственному выживанию в кишечнике. Результаты исследования ещё больше проясняют сложные взаимодействия между желчными кислотами и бактериями в кишечнике, что в конечном итоге поможет исследователям разработать лактобациллы с терапевтическими свойствами, тем самым создавая более здоровую среду в кишечнике человека.
Желчные кислоты играют ключевую роль в пищеварении и общем здоровье кишечника. Они вырабатываются в печени после того, как мы что-нибудь съедим, и не только расщепляют холестерин и помогают регулировать всасывание жиров, но и оказывают большое влияние на то, какие бактерии заселяют кишечник.
По мере продвижения желчных кислот по кишечнику, они химически модифицируются с добавлением в них аминокислот (чаще всего глицина или таурина), образуя сложный комплекс связанных или конъюгированных желчных кислот. Некоторые кишечные бактерии обладают ферментами, называемыми гидролаза желчных солей (BSH), которые могут расщеплять или деконъюгировать эти аминокислоты из желчных кислот, позволяя другим бактериям дополнительно трансформировать желчные кислоты по мере их прохождения через толстую кишку. Эти трансформации влияют на токсичность желчных кислот, а это, в свою очередь, влияет на вероятность выживания разных бактерий в кишечнике.
«Предполагалось, что взаимодействие пробиотических бактерий, таких как лактобацилла, с желчными кислотами, состояло в том, что бактерии имеют BSH, которая просто деконъюгирует желчную кислоту, делая её менее токсичной и позволяя бактериям выживать, — сказала Кейси Териот, доцент на кафедре инфекционных заболеваний Университета штата Северная Каролина и соавтор статьи, описывающий данную работу. — Однако реальность сложнее — данные ферменты более специфичны, чем мы думали. В зависимости от того, какой вид BSH представлен и на какую желчную кислоту она влияет, можно по-разному формировать среду кишечника, делая её более и менее гостеприимной для бактерий и патогенов».
«Взаимодействие между желчью и бактериями оказывает большое влияние на их выживание в конкурентной среде, — сказал Рудольф Баррангу, почётный профессор имени Тода Р. Кляйнхаммера в исследовании пробиотиков в Университете штата Северная Каролина и соавтор работы. — Поэтому мы решили продолжить исследования этих взаимоотношений».
Териот, Баррангу и Метью Фоули, аспирант в Университете шата Северная Каролина и первый автор статьи, провели эксперименты in vitro и in vivo чтобы определить, как именно и снижает ли вообще BSHs токсичность желчных кислот. Сперва они обратили внимание на рост двух штаммов лактобацилл в присутствии разных желчных кислот и очень удивились увиденному — конъюгированный глицин или таурин играют большую роль в определении токсичности данной желчной кислоты. Затем были выделены и изучены BSH на предмет их активности относительно специфических солей желчи и влияния выживаемости лактобацилл при выращивании в присутствии желчных кислот.
Они обнаружили, что токсичность желчных кислот зависит не только от того, конъюгирована ли желчная кислота или деконъюгирована BSH. Скорее, взаимоотношения зависят от типа желчной кислоты, бактерий, на которые происходит воздействие, и какая BSH представлена.
«Когда мы изменили состав BSH данных штаммов лактобацилл, их толерантность к данным желчным кислотам и, соответственно, их конкурентоспособность также изменилась, — сказал Баррангу. — Ферменты BSH обладают разнообразными свойствами. Бактерии регулярно подхватывают и сбрасывают ферменты — иногда они подхватывают ферменты, которые помогают им выжить (делая желчные кислоты менее токсичными), или они могут подхватить фермент, который нарушит их конкурентоспособность».
«Таким образом, взаимоотношения между бактериями, BSH и желчными кислотами нельзя рассматривать по отдельности. Эти знания помогут нам выработать стратегию по поддержанию здоровья человека путём продления жизни полезным микробам или предотвращения колонизации патогенами».
«Если мы попытаемся спроектировать микробиоту кишечника в будущем, нам необходимо осознать все важные её компоненты: бактерии, ферменты и желчные кислоты, а также специфику их взаимоотношений, — сказала Териот. — Эта работа является первым большим шагом в данном направлении».
«BSH — всего лишь один из инструментов, который лактобациллы используют для адаптации к жизни внутри пищеварительного тракта, — сказал Фоули. — Наша дальнейшая работа расширит наши знания о модифицированной бактериями желчи и её влиянии на наше здоровье».
Работа была опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Science.
_______________
Перевод Екатерина Хананова , редактор Антон Меньшенин .
Источники: Исследование — Matthew H. Foley el al., «Lactobacillus bile salt hydrolase substrate specificity governs bacterial fitness and host colonization,» PNAS (2021) и оригинал материала .