Группа португальских и испанских исследователей обнаружила, что химический сигнал, называемый аутоиндуктором-2 (AI-2), который бактерии используют для взаимодействия друг с другом, может способствовать правильному балансу кишечных микробов у мышей, леченных антибиотиками. Полученные данные открывают путь к терапевтическим стратегиям, использующим химический язык бактерий для создания здорового сообщества кишечных микробов.
«Бактерии в нашем кишечнике чрезвычайно важны для многих аспектов нашего здоровья», – говорит старший автор исследования Карина де Бивар Ксавье из Instituto Gulbenkian de Ciencia в Португалии. «Если мы узнаем, как адаптировать их видовой состав и их функции в нашу пользу, мы сможем использовать эти бактерии для предотвращения инфекций и разработки методов лечения воспалительных заболеваний кишечника и микробного дисбаланса, вызванного диетой."
Использование антибиотиков и диетические факторы могут изменить состав кишечных микробов и значительно снизить бактериальное разнообразие, что создает серьезную угрозу для здоровья человека за счет повышения восприимчивости хозяина к вредным патогенам, таким как сальмонелла. В частности, сдвиги в балансе между Bacteroidetes и Firmicutes – двумя преобладающими типами в кишечнике млекопитающих – связаны с ожирением, диабетом, хроническими воспалительными заболеваниями кишечника и раком желудочно-кишечного тракта.
Способность вывести сообщество из болезненного состояния в здоровое, манипулируя нативными сигналами и взаимодействиями, происходящими между его членами, предлагает большой потенциал для терапевтической пользы.
Чтобы проверить эту идею, Ксавье и ее команда сосредоточились на небольшой диффундирующей молекуле под названием AI-2, которая способствует межвидовой коммуникации во всем бактериальном царстве. AI-2, продуцируемый одним видом, может влиять на экспрессию генов у другого вида, позволяя всей популяции синхронно регулировать поведение, такое как вирулентность и образование биопленок. Эти особенности делают AI-2 отличным кандидатом для посредничества межклеточных взаимодействий в кишечнике млекопитающих, где сосуществуют и взаимодействуют сотни видов бактерий.
Чтобы управлять уровнями AI-2 в кишечнике мышей, исследователи сконструировали мутант Escherichia coli, который не мог поглощать AI-2 из окружающей среды. Когда этот мутант был введен в желудочно-кишечный тракт мышей, которых лечили антибиотиком, результирующее увеличение уровней AI-2 в кишечнике изменило состав кишечных микробов, способствуя распространению филума Firmicutes, который был почти уничтожен антибиотик.
«Поскольку высокие уровни AI-2 в кишечнике склоняют баланс в сторону здорового состояния во время лечения антибиотиками, возможно, что манипулирование этим химическим сигналом может предотвратить вредное воздействие антибиотиков, исправить микробный дисбаланс, вызванный диетой, и вылечить желудочно-кишечные заболевания у людей. ", – говорит со-первый автор Джессика Томпсон из Instituto Gulbenkian de Ciencia.
В дальнейшем исследователи изучат, ускоряет ли AI-2 восстановление защитных функций кишечных микробов против патогенов и инфекционных заболеваний после лечения антибиотиками.
Они также определят различные функции передачи сигналов AI-2, изучив, как это влияет на экспрессию генов в бактериях, а также определят новые бактериальные рецепторы для AI-2 и других химических сигналов.
«Эти рецепторы могут быть использованы в качестве новых мишеней для лекарств для изменения бактериальной коммуникации», – говорит соавтор исследования Рита Алмейда Оливейра из Instituto Gulbenkian de Ciencia. "Эта стратегия борьбы с бактериями может быть многообещающей альтернативой, позволяющей избежать все более серьезной проблемы устойчивости бактерий к антибиотикам, которые используются сегодня."