Эмили Хэндерсон

11 марта 2020 г

Два исследования с удивительными открытиями: у пожилых бактерия кишечная палочка (E. Coli) эволюционирует таким образом, что может стать потенциально патогенной и увеличить риск заболевания и, согласно данным, полученным в другом исследовании, метаболизм той же бактерии, присутствующей в микробиоте развивается по-разному, если он один или в сопровождении других бактерий. Исследовательские группы из Института Гюльбенкяна де Сьенсия (IGC), которые изучают эволюцию, иммунитет и микробиологию, опубликовали две статьи в последнем издании CURRENT BIOLOGY.

В связи с открытием механизмов, связанных с микробиотой (совокупностью микробов, составляющих кишечную флору) и ее влиянием на здоровье, две опубликованные в настоящее время научные статьи являются результатом работы, ранее разработанной в МКГР и в которой участвуют три исследовательские группы. В 2014 году, когда исследователи впервые осознали, что бактерия E. Coli (кишечная палочка) при введении в организм хозяина развивала генетические мутации со скоростью и частотой, которые ранее не предполагались, возникли новые вопросы: каково влияние других видов бактерий в кишечнике на этот процесс? Какое влияние оказывает старение на процесс? Какое влияние оказывает воспаление на развитие микробиоты? Какие генетические мутации происходят и как они происходят?

Используя мышь в качестве модели животного (хозяина) и бактерии E. Coli (кишечная палочка), хорошо изученного колонизатора кишечника человека, который подвержен мутациям в кишечном тракте, исследовательские группы представили два новых механизма в микробиоте.

Исследовательская группа во главе с Изабель Гордо заинтересована в понимании эволюции бактерий. Зная, что пожилой возраст приводит к изменениям в составе кишечных бактерий, в опубликованном сейчас исследовании рассматриваются популяции молодых и старых мышей и эволюция кишечной палочки в обоих сообществах.

Предполагая, что старость связана с прогрессирующим ухудшением функций хозяина, удивительный факт, который явился результатом этой работы, показывает, что кишечная палочка развивается у пожилых людей, чтобы справиться со стрессовой средой, становясь потенциально патогенной и потенциально увеличивая риск заболевания.

Воспаление, связанное с пожилым возрастом хозяина, дает дополнительный стрессовый фактор для бактерии в кишечнике, в результате чего она превращается в версию, потенциально более опасную для здоровья хозяина.

Для Изабель Гордо, лидера исследовательской группы, «было интересно наблюдать, что всего за один месяц колонизации старых мышей эволюция кишечной палочки показала ее универсальность в приобретении мутаций, способных адаптироваться к давлению, вызванному повышенным воспаление кишечника».

Сделанные в настоящее время открытия позволят начать новое исследование, посвященное изучению этих механизмов у людей с воспалительным заболеванием кишечника. Только в Португалии воспалительные заболевания кишечника (такие как язвенный колит и болезнь Крона) поражают от 7000 до 15000 человек и влияют на качество их жизни.

Зная, что кишечная палочка развивается у молодых и пожилых людей по-разному, поскольку в кишечнике пожилых людей тип колонизирующих видов отличается от типа, который колонизирует самых молодых, исследователи хотели понять, как эта бактерия действует в одиночку или в сопровождении.

Исследовательская группа, возглавляемая Кариной Ксавьер, ответственной за изучение сигнальных особенностей бактерий, обнаружила, что метаболизм кишечной палочки различен, если он один или в компании других бактерий.

При введении в организм хозяина кишечная палочка оказалась отличным колонизатором, занимая много места в окружающей среде и потребляя аминокислоты. Когда он был внедрен в компанию с другой бактерией из микробиоты, Blautia coccoides, исследование показало, что генетические изменения бактерии происходили быстрее и разнообразным образом благодаря взаимодействию: существует конкуренция за доступные питательные вещества и кишечную палочку. начинает потреблять другие питательные вещества, только доступны из-за присутствия B. coccoides.

Эта работа показывает, что эволюция кишечной палочки в кишечнике мыши реагирует в первую очередь на взаимодействие с другими членами микробиоты.

По словам лидера исследовательской группы Карины Ксавьер:

Наши данные демонстрируют, что присутствие конкурирующих видов в кишечнике хозяина изменяет метаболическую среду кишечника, и бактерии быстро адаптируются к новой метаболической среде, изменяя свой метаболизм».

Когда кишечная палочка одна, кишечная палочка эволюционировала, чтобы быть более эффективной в потреблении аминокислот, так как они были наиболее распространенными питательными веществами в кишечнике. В присутствии члена микробиоты аминокислоты становятся дефицитными, и простые сахара, высвобождаемые в результате метаболизма членов микобиоты, становятся доступными, и, таким образом, эволюция благоприятствует отбору мутантов, которые лучше потребляют эти соединения. В будущем «мы будем изучать, как микробиота реагирует и развивается в присутствии различных поведений хозяина, таких как тип питания, и как это отражается на здоровье или патогенности».