Исследователи раскрывают межвидовую связь между кишечными бактериями и хозяином.

Бактерии в кишечнике делают гораздо больше, чем просто помогают переваривать пищу в желудках своих хозяев. они также могут указывать генам своих млекопитающих-хозяев, что им делать.

Исследование, опубликованное сегодня в Клетка описывает форму «межвидового общения», при которой бактерии выделяют определенную молекулу - оксид азота - которая позволяет им общаться с ДНК своих хозяев и контролировать их; и предполагает, что разговор между ними может широко повлиять на здоровье человека.

Исследователи из Медицинской школы Университета Кейс Вестерн Резерв, Университетские больницы Кливлендский медицинский центр, и Гарвардская медицинская школа отслеживали оксид азота, выделяемый кишечными бактериями внутри крошечных червей (C. elegans, обычная лабораторная модель млекопитающих). Оксид азота, выделяемый кишечными бактериями, прикрепленными к тысячам белков хозяина, полностью меняет способность червя регулировать экспрессию собственных генов.

Исследование является первым, показывающим, что кишечные бактерии могут подключаться к сетям оксида азота, повсеместно распространенным у млекопитающих. включая людей. Оксид азота прикрепляется к человеческим белкам тщательно регулируемым образом - процесс, известный как S-нитрозилирование, - и его нарушения широко связаны с такими заболеваниями, как болезнь Альцгеймера, Болезнь Паркинсона, астма диабет, сердечное заболевание, и рак.

Полученные данные свидетельствуют о том, что оксид азота является общим механизмом, с помощью которого кишечные бактерии могут общаться с млекопитающими-хозяевами. Предыдущая работа по распутыванию линий связи с кишечными бактериями и от них была в основном сосредоточена на редких молекулах, которые выделяют бактерии. Новые открытия сродни открытию химического языка, общего для всех видов, в отличие от отдельных слов, сказал старший автор Джонатан Стамлер, Доктор медицины, директор Института трансформирующей молекулярной медицины в Медицинской школе Университета Кейс Вестерн Резерв и президент Института открытий Харрингтона при Университетской больнице Кливлендского медицинского центра. "В кишечнике огромная сложность, и многие исследователи ищут следующее необычное вещество, производимое бактерией, которое может повлиять на здоровье человека, - говорит он. С триллионами бактерий в среднем кишечнике, Стамлер решил найти общий язык, который могли бы использовать все виды бактерий. «Огромность популяции кишечных бактерий и их отношения к хозяину предсказывают, что будут общие средства коммуникации, которые мы, люди, можем распознать».

Исследователи продемонстрировали этот феномен, скармливая развивающимся червям бактерии, вырабатывающие оксид азота. Затем они выбрали один очень важный белок - белок аргонавта, или ALG-1 - который хорошо сохраняется от червей до людей и заглушает ненужные гены, включая гены, важные для развития. Когда оксид азота секретируется бактериями, прикрепленными к ALG-1, у них развились деформированные репродуктивные органы, и они умерли. Слишком много оксида азота от бактерий повлияло на белки, подавляющие ДНК червей, и нарушило здоровое развитие.

"Практически, животные этого не допустят, "Сказал Стамлер. Вместо этого авторы предполагают, что млекопитающее-хозяин вне лабораторных условий приспосабливается к изменяющимся уровням оксида азота. Сказал Стамлер, "Червь сможет перестать есть бактерии, производящие оксид азота, или он начнет питаться разными бактериями, которые производят меньше оксида азота, или изменить свое окружение, или бесчисленное множество других приспособлений. Но по той же причине слишком много оксида азота, производимого нашим микробиомом, может вызвать заболевание или проблемы с развитием у плода ».

Исследование добавляет к растущему количеству доказательств того, что бактерии, живущие в кишечнике, определяется диетой и окружающей средой, имеют огромное влияние на здоровье млекопитающих. Стамлер считает, что оксид азота может дать возможность управлять этими симбиотическими отношениями. Так же, как пробиотики предназначены для улучшения пищеварения, Возможна инокуляция кишечника человека бактериями для улучшения передачи сигналов оксида азота. "Теперь я думаю об этом с терапевтической точки зрения, как наркотик. Есть огромные возможности манипулировать оксидом азота для улучшения здоровья человека ».

Хотя оксид азота и S-нитрозилирование могут быть общим способом межвидовой коммуникации с широкими последствиями для здоровья, это потребует дополнительных исследований в будущем. Будет ли оксид азота единственным химическим каналом связи? "По сути, мы видим новое поле, открывающееся для общих стратегий общения, - говорит Стамлер. - Будут и другие ».

• Обзоры ICHE о хирургических инфекциях,
• AGA объявляет 10 начинающих врачей-ученых для новой программы FORWARD