Ученые из Медицинской школы Университета Эмори показали, как древняя клеточная регуляторная цепь под названием Nrf2, присутствующая как у насекомых, так и у млекопитающих, реагирует на полезные бактерии и усиливает защитную реакцию на стрессы окружающей среды.
Полученные данные потенциально могут привести к успехам в использовании бактерий для лечения кишечных заболеваний или смягчения последствий лучевой терапии при раке.
Результаты планируется опубликовать 13 августа в Cell Reports.
«Реакция организма на бактерии часто просматривается через призму иммунной системы», – говорит старший автор Эндрю Нейш, доктор медицины, профессор патологии и лабораторной медицины Медицинской школы Университета Эмори. "Выявленный нами путь не является воспалительным или иммунорегуляторным; скорее, он является цитопротекторным."
По словам Нейша, хотя многие виды бактерий, которые живут в нашем кишечнике, инертны или даже вредны для кишечных клеток, небольшая подгруппа – лактобациллы – может стимулировать повышенную подвижность, размножение и способность противостоять стрессу.
«Лактобациллы присутствуют в йогурте, и они также являются первым видом бактерий, которые колонизируют организм ребенка после его рождения», – говорит он.
Работая с Нейшем, доцентом педиатрии, доктор философии Райналт Джонс и его коллеги обнаружили, что только лактобациллы могут защитить ранее «свободных от микробов» плодовых мушек от параквата, токсичного гербицида.
Точно так же кормление мышей без микробов лактобациллами, но не другими типами бактерий, может защитить их от потери веса и смерти после воздействия радиации.
В тканях кишечника как у мух, так и у мышей лактобациллы включили серию генов в паттерне, который указывает на участие пути Nrf2. Если у мух или мышей была мутация, отключающая Nrf2, защитный эффект от бактерий не наблюдался.
Nrf2 – это клеточный путь, участвующий в защите клеток от внешних стрессов, таких как токсины и канцерогены, и он активируется реактивными формами кислорода или АФК.
И паракват, и радиация генерируют АФК.
«Похоже, немного ROS помогает клеткам подготовиться к стрессу», – говорит Джонс. "Это пример концепции гормезиса, когда ограниченное воздействие чего-то вредного защищает организм от этого в дальнейшем."
Ранее Джонс и Нейш показали, что лактобациллы стимулируют эпителиальные клетки кишечника вырабатывать АФК, которые являются ключевым сигналом для заживления ран. В статье Cell Reports исследователи показали, что когда фермент Nox1, который производит АФК в ответ на бактерии, удаляется из кишечника мышей, радиозащитный эффект лактобацилл теряется.
Хотя это не единственная регуляторная цепь, стимулируемая полезными бактериями, Джонс и Нейш говорят, что их результаты показывают, что Nrf2 более консервативен, чем другие индуцированные бактериями сигналы, и что он, вероятно, развился как механизм сосуществования высших организмов с бактериями.
Джонс и Нейш говорят, что они исследуют общие генетические признаки различных типов бактерий, которые стимулируют ROS и Nrf2.
Это может помочь исследователям определить, какие из них могут иметь терапевтические преимущества и, возможно, как имитировать бактерии с помощью синтетических агентов.
Чтобы облегчить этот тип исследований, Джонс создает в Эмори лабораторию по выращиванию гнотобиотических животных, которая позволит ученым исследовать, что происходит, когда кишечник животного заселяется только одним видом бактерий.