Микробы, населяющие кишечник, имеют решающее значение для здоровья человека, и понимание факторов, способствующих росту полезных видов бактерий, известных как «хорошие» бактерии, в кишечнике, может позволить проводить медицинские вмешательства, которые улучшают здоровье кишечника и человека в целом. В новом исследовании исследователи из Йельского университета обнаружили новый механизм, с помощью которого эти бактерии колонизируют кишечник.

В частности, команда Йельского университета обнаружила, что один из самых распространенных полезных видов, обнаруженных в кишечнике человека, показал увеличение потенциала колонизации при ограничении выбросов углерода — открытие, которое может привести к новым клиническим вмешательствам для поддержания здорового кишечника. Результаты были опубликованы 16 марта в журнале Science .

Команда Йельского университета, базирующаяся в лаборатории генетика Эдуардо Гройсмана, профессора микробного патогенеза Вальдемара фон Зедтвица, обнаружила, что полезная кишечная бактерия Bacteroides thetaiotaomicron реагирует на голодание по углероду — основному строительному блоку для всех клеток — изолируя часть молекулы основного фактора транскрипции в безмембранном компартменте.

Команда установила, что секвестрация фактора транскрипции увеличила его активность, что изменило экспрессию сотен бактериальных генов, в том числе нескольких, которые способствуют колонизации кишечника и контролируют центральные метаболические пути бактерии. Эти результаты показывают, что «хорошие» бактерии используют секвестрацию молекул в безмембранных компартментах в качестве жизненно важной стратегии для колонизации кишечника млекопитающих.

Bacteroides thetaiotaomicron и другие бактерии, обитающие в кишечнике млекопитающих, имеют доступ к питательным веществам, потребляемым животным-хозяином. Однако бывают и длительные периоды времени, когда организм-хозяин не питается. Исследователи обнаружили, что лишение питательных веществ, включая углерод, вызывает выработку факторов колонизации полезных кишечных бактерий.

«Одна из обнаруженных вещей заключается в том, что когда организму не хватает углерода, это сигнал, который помогает вырабатывать свойства, полезные для выживания в кишечнике», — сказала Эймилия Крипотоу, научный сотрудник лаборатории Гройсмана и ведущий автор исследования. изучать.

Сочетание наблюдений из предыдущих исследований лаборатории привело к прорыву. Во-первых, Гройсман заметил, что размер транскрипционного фактора кишечного микроба намного больше, чем у других хорошо изученных гомологичных белков других видов бактерий. Затем команда обнаружила, что бактерии не могут выжить в кишечнике мыши без дополнительной области, отсутствующей в гомологичных белках.

Затем Крипотоу выдвинул гипотезу о том, что дополнительная область может придавать новое биофизическое свойство фактору транскрипции, необходимому для выживания бактерий в кишечнике, и успешно провел серию экспериментов для проверки гипотезы.

По словам Гройсмана, осведомленность об этих безмембранных компартментах на самом деле возникла сто лет назад. По его словам, ключевое открытие Крипотоу заключалось в том, чтобы вывести новые свойства бактериального фактора транскрипции, называемого Rho, на основе дополнительной области. Секвестрация фактора транскрипции происходит в процессе, известном как разделение фаз жидкость-жидкость , повсеместное явление, присутствующее в самых разных клетках, включая клетки человека.

«Этот феномен известен, но обычно он связан со стрессом у эукариотических организмов , таких как растения, животные и грибы», — сказал Гройсман. «Недавно выяснилось, что это также может происходить с бактериями, и в нашем случае мы установили, что это происходит с симбиотическими кишечными бактериями, которые нуждаются в нем для выживания в кишечнике. с этой целью, возможно, можно было бы улучшить организмы, полезные для человека».

Полученные данные могут помочь стимулировать разработку новых пробиотических препаратов для здоровья кишечника, сказал Крипотоу.

«Большинство исследований просто смотрят на обилие бактерий», — сказала она. «Если мы не понимаем, что происходит на молекулярном уровне , мы не знаем, поможет ли это».