Как работает механизм защиты микрофлоры кишечника у млекопитающих?

О борьбе организма с инфекциями, голодании в период заболеваний и сахаре, питающем микробы

03.10.2014

544

© Pacific Northwest National Laboratory

Еженедельный дайджест

реклама

1 октября 2014 года в журнале Nature была опубликована статья об исследовании особого типа сахара, который «защищает» кишечные микробы во время инфекции. Мы попросили прокомментировать это открытие микробиолога, доктора биологических наук Константина Северинова.

В работе, проведенной под руководством Александра Червонского из Университета Чикаго, представлены результаты, которые указывают на то, что млекопитающие (работа делалась на мышах) способны «поддерживать» и «подкармливать» микробов, обитающих в их тонком кишечнике, во время инфекций или стресса.

Коэволюция человека и бактерий

Микробиолог Константин Северинов о генетическом полиморфизме, о филогении бактерий и антропологической микробиологии

Известно, что многие инфекционные заболевания и стрессы подавляют аппетит. Такого рода физиологическая реакция полезна, так как позволяет организму лучше бороться с инфекцией. С другой стороны, потеря аппетита приводит к тому, что микробы, живущие в нашем пищеварительном тракте, не получают пищи. Микробов этих великое множество, и они совершенно необходимы для нормальной жизни, потому что выполняют широкий ряд «полезных» с точки зрения организма функций. В работе, опубликованной в Naturе, Червонский с коллегами показывают, что во время инфекции организма клетки, выстилающие просвет тонкого кишечника, выводят на свою поверхность молекулы особого сахара — фукозы.

Фукоза не является источником энергии для клеток млекопитающих, но микробы активно используют ее как пищу. Оказывается, что нормальные кишечные микробы употребляют преподнесенную им во время инфекции фукозу для питания. Это позволяет им пережить голодные времена, когда поступление пищи ограничено и идет активная борьба с инфекцией. Когда инфекцию удается побороть, поверхностные молекулы фукозы исчезают, и кишечные микробы переходят к нормальной жизни, занимаясь различными полезными делами, в частности обеспечивая скорейшее восстановление от перенесенной инфекции, помогая нам эффективно переваривать пищу. В работе очень элегантно показано, что мыши, способные помещать молекулы фукозы на поверхность клеток эпителия кишечника, не только лучше сохраняют нормальную микрофлору, но и быстрее набирают вес после выздоровления от экспериментальной инфекции. Такой разницы не наблюдается у специальных «стерильных» мышей, не имеющих собственной микрофлоры, или у мышей, пролеченных антибиотиками перед экспериментальной инфекцией и, следовательно, тоже не имеющих нормальной микрофлоры. Таким образом, установлена причинно-следственная связь между появлением фукозы на поверхности клеток, выстилающих тонкий кишечник, сохранением нормальной микрофлоры в условиях голодания, вызванного инфекцией, и скоростью реконвалесценции после инфекции. Более того, оказывается, что «кормление» нормальных микробов фукозой подавляет активность потенциально опасных генов патогенности, которые имеются у нормальных микробов и работа которых может навредить ослабленному инфекцией организму.

Эта работа, а также множество других подобных работ, которые появились в течение последнего года, позволяют нам по-новому взглянуть на роль живущих в нас и на нас микробов. Эволюция «работает» не на изолированных животных или их популяциях, как считалось до недавнего времени, а на «консорциумах» между макроорганизмом (например, человеком) и живущими в нем микробами. Самыми жизнеспособными оказываются наименее конфликтные комбинации макроорганизмов и микроорганизмов, где они помогают друг другу и заботятся друг о друге, когда это необходимо. Именно такие комбинации и закрепляются отбором. Около 20% людей генетически не способны синтезировать фукозу, и такие люди имеют повышенную вероятность возникновения ряда инфекционных заболеваний. Возможным практическим выходом из этой работы могло бы быть стимулирование нормальных кишечных микробов фукозным «подкормом» в условиях инфекции или длительного лечения антибиотиками.