Исследователи из Медицинской школы Стэнфордского университета (Stanford University School of Medicine) определили молекулу, которая служит естественной защитой от одного из наиболее распространенных кишечных патогенов.
Исследование микробиоценоза кишечника
По словам исследователей, пропионат, побочный продукт метаболизма группы бактерий, называемых бактериоидами, ингибирует рост сальмонеллы в кишечном тракте мышей. Данное открытие может помочь объяснить, почему некоторые люди лучше способны бороться с инфекцией, вызванной сальмонеллой и другими кишечными патогенами, и приведёт к разработке лучших стратегий лечения. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Cell Host and Microbe.
Исследователи определили, что пропионат не вызывает иммунный ответ. Вместо этого молекула продлевает время, в течение которого возбудитель начинает делиться, увеличивая свою внутреннюю кислотность. Инфекции, вызванные сальмонеллами, зачастую вызывают диарею, лихорадку и абдоминальные спазмы. Большинство людей восстанавливаются в течение четырех-семи дней. Однако болезнь может быть достаточно серьезной, в этом случае необходима госпитализация таких пациентов. Согласно данным Центров по контролю и профилактике заболеваний (Centers for Disease Control and Prevention), сальмонелла вызывает около 1,2 миллиона болезней, 23 000 госпитализаций и 450 смертей каждый год. Большинство случаев вызвано загрязненной пищей.
«Люди отличаются своим иммунным ответом на воздействие бактериальных инфекций. Некоторые люди заражаются, а некоторые нет, некоторые заболевают, а другие остаются здоровыми, а некоторые распространяют инфекцию», — говорит автор исследования Дениз Монак (Denise Monack), сотрудник факультета микробиологии и иммунологии. «Было настоящей загадкой, чтобы понять, почему мы видим эти различия между людьми. Наше открытие может пролить свет на это явление».
Материалы и методы обследования
В течение многих лет ученые использовали различные виды мышей, чтобы определить, как различные гены могут влиять на восприимчивость к инфекции, вызванной кишечными патогенами. Но это первый случай, когда исследователи изучили, как изменчивость кишечных бактерий у этих мышей может способствовать их реакциям на патогены.
«Микробиота кишечника — невероятно сложная экосистема. Триллионы бактерий, вирусов и грибов образуют сложные взаимодействия с хозяином и друг другом в плотно упакованной гетерогенной среде», — сказала соавтор исследования Аманда Джейкобсон (Amanda Jacobson). «Из-за этого очень трудно идентифицировать уникальные молекулы от конкретных бактерий в кишечнике, которые отвечают за характеристики, такие как устойчивость к патогенам».
Ученые начали с наблюдениях, которое было признано в клиническом применении в течение многих лет: два инбредных вида мышей содержат различные уровни сальмонеллы в их кишечнике после заражения патогеном. «Самая большая проблема заключалась в том, чтобы определить, почему это происходит», — сказал Джекобсон.
Ученые использовали фекальные трансплантаты, в которых присутствовали антибиотики, чтобы уничтожить кишечную микрофлору у мышей, а затем подсадить кишечную микрофлору других мышей с их калом, некоторые из которых были устойчивы к инфекциям, вызванным сальмонеллой. Затем исследователи определили, какие бактерии отвечают за повышенную устойчивость к инфекциям, вызванным сальмонеллой.
Результаты научной работы
Во-первых, они определили, что различия в экспрессии сальмонеллы можно объяснить естественным составом бактерий в кишечнике каждого вида мыши. Ученые идентифицировали определенную группу бактерий — бактериоиды (Bacteroides), которая была более распространена у мышей с трансплантированной микробиотой, защищенная от сальмонеллы. Бактериоиды продуцируют короткоцепочечные жирные кислоты, такие как формиат, ацетат, бутират и пропионат во время метаболизма, а уровни пропионата в три раза выше у мышей, которые были защищены от роста сальмонеллы. Затем исследователи попытались выяснить, защищен ли пропионат от сальмонеллы, повышая иммунную систему, как это делают другие жирные кислоты с короткой цепью.
Ученые исследовали сальмонеллу для потенциального воздействия пропионата на иммунную систему, и обнаружили, что молекула оказывает непосредственное влияние на рост сальмонеллы. В исследовании было обнаружено, что пропионат воздействует на сальмонеллу, резко уменьшая ее внутриклеточный рН и тем самым увеличивая время, необходимое для того, чтобы бактерия начала делиться и расти.
«В совокупности наши результаты показывают, что, когда концентрации пропионата, которые вырабатываются бактериоидами, в кишечнике высокие, сальмонеллы не способны повысить свой внутренний уровень pH, чтобы облегчить клеточные функции, необходимые для их роста», — сказал Джекобсон. «Конечно, мы хотели бы знать, насколько это можно разработать для людей».
Выводы
Выводы также могут повлиять на стратегии лечения. Лечение инфекций, вызванных сальмонеллами иногда требует использования антибиотиков, что может ухудшить состав нормальной микрофлоры кишечника. Использование пропионата для лечения этих инфекций может преодолеть это ограничение.
«Сокращение использования антибиотиков является дополнительным преимуществом, поскольку чрезмерное их употребление приводит к увеличению заболеваемости антибиотикоустойчивыми-бактериями», — сказал Монак.
