Кишечник млекопитающих теплый, влажный и невероятно богат питательными веществами – среда, идеально подходящая для роста бактерий. Сообщества "хорошие бактерии" в кишечнике, обычно называемые микробиомом, являются жизненно важными партнерами для организма, помогая переваривать клетчатку, извлекать питательные вещества и предотвращать различные заболевания. Все мы знакомы с иммунными реакциями и болезнями, которые возникают из-за попадания в организм вредных или патогенных бактерий, поэтому, если иммунная система эволюционировала для отражения микробов, то как млекопитающие поддерживают гармоничные отношения с полезными бактериями в кишечнике??
Теперь новое исследование Калифорнийского технологического института показывает, как конкретный вид полезных бактерий на самом деле использует иммунный ответ организма, чтобы он мог комфортно поселиться в кишечнике.
Работа выполнена в лаборатории Саркиса Мазманяна, Луиса Б. и Нелли Су, профессор микробиологии и исследователь Института медицинских исследований наследия. Статья с описанием исследования была опубликована 3 мая в журнале Science.
Под руководством аспиранта Грегори Дональдсона исследователи мазманийской лаборатории решили изучить микроб под названием Bacterioides fragilis. Этот конкретный вид в изобилии встречается в толстом кишечнике многих млекопитающих, включая человека, и ранее мазманийская лаборатория показала, что он защищает мышей от определенных воспалительных и неврологических расстройств, таких как воспалительное заболевание кишечника и рассеянный склероз. Интересно, что хотя существует несколько штаммов B. fragilis, здоровые люди образуют долгосрочные моногамные отношения только с одним штаммом.
"Исследования других лабораторий показали, что большинство людей являются носителями одного и того же штамма B. хрупкие на протяжении всей своей жизни," говорит Дональдсон. "Мы хотели понять на молекулярном уровне, как эти бактерии могут стабильно и длительно колонизировать кишечник."
Во-первых, исследователи стремились изучить B. fragilis симбиотические отношения с кишечником, физически глядя на места, где обитают бактерии. Используя электронную микроскопию образцов кишечника мышей, команда смогла увидеть, что B. ломкие: сгустки вместе в скоплениях глубоко в толстом слое слизи, выстилающей кишечник, приютившиеся близко к эпителиальным клеткам, выстилающим поверхность кишечника. Дональдсон и его сотрудники предположили, что эта пространственная ниша необходима для того, чтобы один вид поселился и установил стабильную точку опоры.
Затем команда стремилась определить, какие механизмы позволяют B. fragilisto колонизировать такую нишу в кишечнике. Они обнаружили, что каждый B. fragilisbacterium заключена в толстую капсулу из углеводов. Капсула обычно связана с патогенами (вредными бактериями), пытающимися скрыться от распознавания и атаки иммунной системы организма. Мутантные бактерии, лишенные этой капсулы, не могут агрегировать и не заселяют слизистую оболочку. Таким образом, исследователи предположили, что капсульные углеводы необходимы для витамина B. fragilis, чтобы монополизировать свою нишу в кишечнике.
Поскольку известно, что бактериальные капсулы связаны с иммунным ответом патогенных бактерий, Дональдсон и Мазманиан предположили, что также может быть иммунный ответ на B. капсула fragilis. Действительно, они обнаружили, что антитела, иммунные белки, которые цепляются за определенные бактерии или вирусы и маркируют их, чтобы другие иммунные клетки могли поглотить и уничтожить, связывались с B. капсула fragilis в кишечнике. Один конкретный вид антител, иммуноглобулин А или IgA, обнаруживается во всем кишечнике – по сути, это наиболее широко продуцируемый тип антител у людей, – но его специфические функции были загадочными.
Обычно ответ антител означает неминуемую смерть патогенных бактерий. Но любопытно, что IgA не влияет отрицательно на большинство бактерий, которые обычно живут в кишечнике. В случае B. fragilis, как выяснили исследователи, на самом деле помогает бактериям прилипать к эпителиальным клеткам. Кроме того, у мышей, у которых отсутствовал IgA, бактерия была менее успешной в колонизации поверхности кишечника и сохранении долгосрочной стабильности.
Команда считает, что этот IgA-ответ на B. fragilis помогает закрепить бактерии на поверхности эпителия, что дает преимущество.
"Удивительно обнаружить, что иммунный ответ на самом деле помогает полезным бактериям процветать, что, в свою очередь, способствует процветанию хозяина," говорит Дональдсон. "Изучение иммунологии в основном проводилось в контексте патогенных бактерий. Но в кишечнике триллионы бактерий, и в большинстве случаев ни одна из них не вызывает у вас болезней. Наше исследование показывает, что иммунная система распознает эти бактерии, но это помогает им, а не мешает. Это говорит о том, что иммунная система – это больше, чем просто система защиты, а антитела – больше, чем просто оружие."
В своей будущей работе исследователи планируют изучить, как в первую очередь возникает антительный ответ кишечника и почему он помогает бактериям B. fragilis, в то время как другие антитела вредят бактериям. В конечном итоге эта работа может быть использована для улучшения колонизации другими полезными бактериями, например, с помощью пробиотиков.
"За последнее десятилетие многие исследования профилировали микробиом кишечника при различных заболеваниях, образе жизни, географическом положении и после родов," говорит Мазманян. "Мы узнали, что состав микробиома сообщества коррелирует с конкретными условиями – например, измененные конфигурации микробиома могут способствовать воспалительному заболеванию кишечника, аутизму и болезни Паркинсона. Что остается в основном неизвестным, так это то, как микробиом создается и поддерживается в первую очередь. Наше исследование раскрывает молекулярный механизм, с помощью которого определенные полезные бактерии активно способствуют долговременной колонизации кишечника, задействуя и кооптируя иммунную систему, а не пытаясь уклониться от нее, как это делают патогены. Это открытие может привести к новым способам исправления дисбаланса микробиома и, возможно, для предотвращения и лечения различных заболеваний человека."
Статья называется "Микробиота кишечника использует иммуноглобулин А для колонизации слизистой оболочки."