Взаимодействие между микробиомом и телом человека критически зависит от способности бактерий ориентироваться в окружающей среде. Наука до сих пор фокусировалась на патогенах, оставляя без внимания полезных обитателей кишечника.
Кишечные бактерии ощущают свое окружение и помогают друг другу питаться
Международная группа под руководством ученых из Института Макса Планка провела первое системное исследование сенсорных способностей полезных бактерий. Исследователи расшифровали механизмы, позволяющие микробам распознавать питательные вещества и химические сигналы в организме.
Исследователи обнаружили, что полезные бактерии кишечника могут воспринимать широкий спектр питательных веществ и химических сигналов, направляя их к лучшим источникам пищи. Shutterstock
Эффект «общего стола». В микробиоме процветает кросс-фидинг, или перекрестное кормление. Это процесс, при котором одни виды бактерий перерабатывают сложные вещества и выделяют побочные продукты (например, лактат), которые служат основным источником энергии для других видов. Таким образом, кишечник представляет собой сложную логистическую сеть, где выживание одного вида напрямую зависит от «отходов» жизнедеятельности другого, что и обеспечивает стабильность всей экосистемы.
Новая работа, опубликованная в журнале PNAS, заполняет этот пробел. Ученые изучали клостридий — группу подвижных бактерий, поддерживающих наше здоровье. Выяснилось, что их рецепторы настроены на широкий спектр соединений: продукты распада углеводов, жиров, белков и даже ДНК.
Клостридии. Clostridium difficile.
Анализ показал, что бактерии не просто дрейфуют по кишечнику, а целенаправленно ищут конкретные метаболические сигналы. Особое значение имеют молочная и муравьиная кислоты, которые чаще всего являются стимулами для движения. Это подтверждает, что поиск пищи является главным драйвером активности микрофлоры.
Секреты бактериальной коммуникации
Важнейшим открытием стало обнаружение новых групп сенсорных доменов у бактерий. Эти сенсоры отвечают за распознавание короткоцепочечных жирных кислот и урацила. Ученые установили структуру двойного сенсора, который умеет связываться сразу с несколькими типами молекул. Такая гибкость позволяет микробам адаптироваться к постоянно меняющейся среде человеческого организма.
Сенсорный домен dCache_1UR.
Как отмечает соавтор работы Вэньхао Сюй: «Эти сенсоры важны для взаимодействия между бактериями в кишечнике и могут играть ключевую роль в здоровом микробиоме человека». В процессе эволюции специфичность рецепторов быстро менялась, что объясняет выживаемость микрофлоры.
Полученные данные позволяют по-новому взглянуть на то, как поддерживается баланс в микробных экосистемах. Если учесть насколько сильно влияет на здоровье человека микробиом, то понятно, как важен этот микробный баланс и для нас.