Кишечные бактерии оказались в центре внимания научных исследований, а точнее их сложная роль в нашем метаболизме, питании и общем состоянии здоровья. Новое исследование ученых из Израильского технологического института Технион (Technion—Israel Institute of Technology) сделало открытие, которое может привести к лучшему пониманию и лечению воспалительных заболеваний кишечника (ВЗК), таких как язвенный колит и болезнь Крона. Исследование опубликовано в научном журнале Cell Host & Microbe.
За миллионы лет совместной эволюции с человеком кишечные бактерии стали незаменимыми для правильного функционирования нашей иммунной системы. Кишечник — это постоянно меняющийся орган, претерпевающий структурные, механические и химические изменения. Кишечные бактерии должны адаптироваться к этой динамичной среде.
Основным механизмом, обеспечивающим такую динамическую адаптацию, является их способность претерпевать быстрые геномные изменения благодаря признаку, известному как пластичность – аспект, который исследовали профессор Наама Гева-Заторски (Naama Geva-Zatorsky) и ее команда вместе со своими сотрудниками.
Исследование было сосредоточено на видах отряда Bacteroidales, одних из наиболее распространенных видов в микробиоме кишечника человека. Анализируя более 2000 здоровых и больных людей и проводя доклинические исследования на моделях мышей, ученые выявили четкие закономерности инверсий ДНК в норме и при заболевании. Эти обратимые инверсии ДНК меняют ориентацию ключевых сегментов генов, включая и выключая производство молекул.
Интересно, что у Bacteroides fragilis инверсия ДНК отключила выработку полисахарида А — молекулы, покрывающей бактерии, которая благотворно индуцирует регуляторные Т-клетки — специализированный тип иммунных клеток, который подавляет чрезмерное воспаление и поддерживает гомеостаз кишечника.
Кто из них вероятный виновник? Бактериофаги или вирусы, поражающие бактерии. Дальнейшее исследование образцов фекалий пациентов с ВЗК выявило поразительную картину: промотор ПСА находился преимущественно в выключенном состоянии, что коррелировало с повышенными уровнями бактериофагов, связанных с B. fragilis. Последующие эксперименты на стерильных мышах, колонизированных B. fragilis в присутствии бактериофагов, выявили значительное увеличение количества B. fragilis в выключенном состоянии и заметное снижение популяции регуляторных Т-клеток.
Примечательно, что результаты исследования показывают гениальную стратегию адаптации, используемую кишечными микробами, позволяющую им динамически перепрограммировать экспрессию генов в зависимости от местных условий, таких как воспаление или вирусные атаки. Однако это биологическое изменение формы может усугубить заболевание, нанеся вред выработке таких молекул, как ПСА, которые регулируют иммунную систему и ослабляют воспаление кишечника.
«Это исследование дает критическое представление о сложных взаимодействиях между кишечными бактериями и иммунной системой при воспалительных заболеваниях кишечника. Наше объяснение состоит в том, что та же самая геномная гибкость, которая была развита в ходе эволюции, обеспечивает бактериям функциональную пластичность, тем самым помогая им адаптироваться к кишечной среде», — прокомментировал профессор Гева-Заторски. «Это открывает двери для целенаправленных вмешательств, направленных на восстановление баланса микробиоты кишечника у пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника».
Литература:
Shaqed Carasso et al, Inflammation and bacteriophages affect DNA inversion states and functionality of the gut microbiota, Cell Host & Microbe (2024). DOI: 10.1016/j.chom.2024.02.003