Полезные бактерии кишечника действуют как настоящие химические следопыты: они ощущают наличие питательных веществ и сигналов, направляют своё движение к лучшим пищевым источникам и даже «кормят» друг друга, чтобы поддерживать стабильность микробиома.
Исследование международной команды, опубликованное в журнале Nature Microbiology, показало, что кишечные бактерии способны распознавать широкий спектр химических сигналов — и это лежит в основе их взаимодействия с окружающей средой и с другими микроорганизмами.
От патогенов к полезным бактериям
Раньше основная часть знаний о том, как бактерии ощущают химические сигналы, была получена на модели патогенных (болезнетворных) микробов. Однако гораздо меньше внимания уделялось комменсальным бактериям— тем, которые естественно живут в нашем кишечнике и поддерживают здоровье хозяина.
Чтобы заполнить этот пробел, международная группа под руководством Виктора Суржика (Victor Sourjik) изучила бактерии рода Clostridia — одну из крупных групп подвижных микроорганизмов, которые широко распространены в кишечнике человека и играют важную роль в поддержании его здоровья.
Бактерии ощущают широкий спектр веществ
Учёные обнаружили, что рецепторы кишечных бактерий способны распознавать очень широкий набор метаболических соединений, включая:
- продукты распада углеводов, жиров и белков,
- метаболиты ДНК и амины,
- короткоцепочечные жирные кислоты (SCFA).
Это говорит о том, что движение бактерий в кишечнике регулируется не случайными сигналами, а избирательным ответом на определённые химические сигналы, которые они «чувствуют» в окружающей среде.
Лактат и формиат — ключевые сигналы
Комбинируя лабораторные эксперименты с биоинформатическим анализом, команда выявила, что среди широкого спектра сигналов лактат (молочная кислота) и формиат (муравьиная кислота) чаще всего служили сигнальными молекулами для сенсорных рецепторов.
Это предполагает, что эти вещества могут быть особенно важными источниками энергии и ориентирами для кишечных бактерий в их среде обитания.
Взаимоподдержка через «кросс-кормление»
Некоторые виды кишечных бактерий сами производят лактат и формиат, что создаёт условия для так называемого кросс-кормления: один вид выделяет метаболит, который становится пищей для другого. Такая взаимопомощь помогает:
- стабилизировать микробиом,
- укреплять его устойчивость,
- поддерживать баланс микроэкосистемы кишечника.
«Эти сенсорные домены оказываются важными для взаимодействий между бактериями в кишечнике и могут играть ключевую роль в здоровом микробиоме человека», — говорит Вэньхао Сю, первый автор работы.
Открытие новых сенсорных рецепторов
Систематический анализ позволил обнаружить ранее неизвестные группы сенсорных доменов, специфичных к:
- лактату,
- дикарбоновым кислотам,
- урацилу (структурный компонент РНК),
- короткоцепочечным жирным кислотам (SCFA).
Учёные также определили кристаллическую структуру нового сенсора, который реагирует одновременно на урацил и ацетат, что дало представление о том, как именно молекулы связываются с этим рецептором на молекулярном уровне.
Эволюционная адаптация
Исследование показало, что специфичность сенсорных доменов к определённым молекулам может изменяться с течением эволюции. Эта гибкость помогает бактериям адаптироваться к изменяющимся условиям среды и новым источникам пищи.
«Наша работа значительно расширяет понимание того, какие химические сигналы могут воспринимать полезные бактерии кишечника, — отмечает Виктор Суржик. — Это первый систематический анализ сенсорных предпочтений бактерий, колонизирующих конкретную экологическую нишу».
Почему это важно
Понимание того, как кишечные бактерии ощущают и реагируют на окружающую среду, — ключ к разработке новых стратегий поддержки здорового микробиома и профилактики болезней, связанных с его нарушением. Эти данные хорошо дополняют другие исследования микробиоты, включая работы о влиянии микробных сообществ на аутоиммунные и неврологические заболевания, например, в контексте связи кишечных бактерий и рассеянного склероза.
Источник
- Wenhao Xu, Ekaterina Jalomo-Khayrova, Vadim M. Gumerov, Patricia A. Ross, Tania S. Köbel, Daniel Schindler, Gert Bange, Igor B. Zhulin, Victor Sourjik. Specificities of chemosensory receptors in the human gut microbiota. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2025; 122 (35) DOI: 10.1073/pnas.2508950122