Ученым давно известно, что бактерии в кишечнике, также известные как микробиом, выполняют множество полезных функций для своих хозяев, например, расщепляют пищевые волокна в процессе пищеварения и вырабатывают витамины K и B7.
Тем не менее, новое исследование раскрывает еще одну полезную роль, которую играет микробиом. Команда исследователей из Университета Брауна обнаружила, что у мышей микробиом кишечника регулирует иммунную систему хозяина, поэтому вместо того, чтобы атаковать эти полезные бактерии защитная система хозяина, бактерии могут мирно сосуществовать с иммунной системой.
В чем секрет работы микробиома с иммунной системой? Витамин А – бактерии снижают уровень активного витамина А в кишечнике, защищая микробиом от сверхактивного иммунного ответа.
«Это понимание может оказаться важным для понимания и лечения аутоиммунных и воспалительных заболеваний», – сказал Шипра Вайшнава, доцент кафедры молекулярной микробиологии и иммунологии в Brown.
"Многие из этих заболеваний связаны с повышенным иммунным ответом или активацией иммунной системы, но мы обнаружили новый способ, которым бактерии в нашем кишечнике могут ослаблять иммунный ответ," Вайшнав сказал. "Это исследование может иметь решающее значение при выборе методов лечения аутоиммунных заболеваний, таких как болезнь Крона или других воспалительных заболеваний кишечника, а также дефицита витамина А."
Исследование было опубликовано во вторник, декабрь. 18, в журнале Immunity.
Микробиомы мышей и людей
По словам Вайшнава, микробиом кишечника – это экосистема, состоящая из 100 триллионов бактерий, которые эволюционировали, чтобы жить в особых условиях кишечника. Подавляющее большинство этих бактерий не причиняют вреда своим хозяевам, но вместо этого приносят пользу. В здоровом микробиоме, как и в здоровом лесу, сосуществуют многие виды, и он может отражать враждебных вторжений, таких как болезнетворные бактерии или инвазивные виды.
Как у людей, так и у мышей типы Firmicutes и Bacteroidetes составляют большую часть кишечного микробного сообщества. Исследователи обнаружили, что для того, чтобы играть свою роль в регулировании иммунной системы своих хозяев, бактерии в микробиоме точно настраивают уровни белка, ответственного за преобразование витамина А в его активную форму в желудочно-кишечном тракте хозяина.
Команда Вайшнава обнаружила, что бактерии Firmicutes, особенно представители класса Clostridia, снижают экспрессию белка в клетках, выстилающих кишечник. Белок ретинолдегидрогеназа 7 (Rdh7) превращает диетический витамин А в его активную форму, ретиноевую кислоту, сказал Вайшнава. Ученые обнаружили, что бактерии Clostridia, общие как для мышей, так и для людей, также способствуют увеличению запасов витамина А в печени.
Вайшнав ожидает, что результаты можно будет обобщить и на взаимодействия между микробиомом человека и его хозяевами.
Как и ожидали исследователи, у мышей, генетически модифицированных так, чтобы в их клетках кишечника не было Rdh7, в тканях кишечника содержится меньше ретиноевой кислоты. В частности, в кишечнике сконструированных мышей было меньше иммунных клеток, которые вырабатывают IL-22, важный клеточный сигнал, который координирует антимикробный ответ против кишечных бактерий. Другие компоненты иммунной системы, такие как клетки с иммуноглобулином А и два типа Т-клеток, были такими же, как у стандартных мышей, что позволяет предположить, что Rdh7 необходим только для регуляции антимикробного ответа, сказал Вайшнава.
Исследователи не знают точно, как подавляется Rdh7, но известно, что бактерии Clostridia производят короткоцепочечные жирные кислоты, которые изменяют экспрессию генов хозяина. В качестве следующего шага в своем исследовании команда изучит, как бактерии регулируют экспрессию Rdh7, включая изучение различных короткоцепочечных жирных кислот, сказал Вайшнава.
Кроме того, команда проведет исследование, чтобы понять, почему подавление Rdh7 имеет решающее значение. Они работают над генетической инженерией мышей, чтобы они всегда экспрессировали Rdh7 в клетках кишечника. Вайшнава хочет увидеть, как это влияет на микробиом мышей и приводит ли это к какому-либо воспалению или аутоиммунным заболеваниям у мышей. Они также изучат влияние увеличения запасов витамина А в печени из-за регуляции Rdh7 бактериями, сказал Вайшнава.
Помощь здоровью человека
Исследователи говорят, что понимание того, как бактерии регулируют реакцию иммунной системы, может быть важным для раскрытия ключей к таким заболеваниям, как болезнь Крона.
По словам Вайшнавы, данные клинических исследований показали, что воспаление в кишечнике является результатом нарушенного взаимодействия между хозяином и его кишечным микробиомом.
"Роль витамина А в воспалении зависит от контекста, и ее очень сложно отделить друг от друга," Вайшнав сказал. "Изменение статуса витамина А и метаболических генов витамина А совпадает с воспалительными заболеваниями кишечника, но мы не знаем, способствует ли это воспалению или нет. Мы надеемся, что добавление нашего открытия о том, что бактерии могут регулировать метаболизм или хранение витамина А в кишечнике, поможет прояснить, почему поле видит то, что видит."
Эти результаты могут также дать ключ к разгадке важности микробиома в решении проблемы дефицита витамина А, проблемы, которая особенно распространена в Африке и Юго-Восточной Азии.
По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) от дефицита витамина А страдает примерно треть детей в возрасте до пяти лет. Дефицит витамина А ослабляет иммунную систему и увеличивает риск инфекционных заболеваний. По словам Вайшнава, ВОЗ снабжала детей из группы риска добавками витамина А в течение последних 25 лет, но это не было столь успешным, как ожидалось. Это исследование показывает, что бактерии играют важную роль в усвоении и хранении витамина А, и, возможно, детям необходимо иметь правильную комбинацию бактерий в кишечнике, чтобы добавки с витамином А были наиболее эффективными, добавила она.
"И наша диета, и бактерии в нашем кишечнике критически связаны в регулировании поведения наших иммунных клеток," Вайшнав сказал. "Определение этих связей на молекулярном уровне важно для выяснения того, как мы можем использовать диету или бактерии, или и то, и другое вместе, чтобы оказать терапевтический эффект при воспалительных или инфекционных заболеваниях."