Микроорганизмы, обитающие в кишечнике, оказались гораздо более активными, чем предполагали ранее. Исследователи установили, что некоторые из них способны непосредственно вводить свои белки в клетки человека, тем самым влияя на функционирование иммунной системы.
Кишечный микробиом давно ассоциируют с иммунными, метаболическими и воспалительными расстройствами, однако большая часть доказательств до сих пор была косвенной, а механизмы этих связей оставались неясными. Теперь международная группа исследователей под руководством специалистов из Центра Гельмгольца в Мюнхене выявила принципиально новый способ взаимодействия между кишечными бактериями и клетками человека.
Выяснилось, что многие микроорганизмы, постоянно обитающие в кишечнике, обладают так называемыми секреторными системами III типа — микроскопическими структурами, напоминающими шприцы, которые способны вводить бактериальные белки прямо в клетки человека. Ранее считалось, что такие системы существуют исключительно у патогенных бактерий, например, у сальмонеллы.
«Это кардинально меняет наше восприятие комменсальных бактерий, — говорит соавтор исследования профессор Паскаль Фальтер-Браун, директор Института сетевой биологии Центра Гельмгольца. — Это демонстрирует, что непатогенные бактерии не просто пассивные обитатели кишечника, они могут активно влиять на человеческие клетки, вводя в них свои белки».
Чтобы понять, какое воздействие оказывают эти бактериальные белки в клетках человека, ученые составили карту более тысячи взаимодействий между бактериальными эффекторными белками и белками человека. Анализ показал, что бактериальные белки преимущественно нацелены на сигнальные пути, связанные с иммунной регуляцией и метаболизмом.
Лабораторные исследования подтвердили, что эти белки способны модулировать ключевые иммунные сигнальные пути, включая NF-κB и реакции цитокинов. Цитокины — это молекулы-сигналы, которые помогают координировать работу иммунной системы и предотвращать избыточные реакции, потенциально ведущие к аутоиммунным болезням.
Особенно важно, что гены, отвечающие за эти бактериальные эффекторные белки, чаще обнаруживаются в кишечном микробиоме пациентов с болезнью Крона — хроническим воспалительным заболеванием кишечника. Это указывает на возможную роль прямой доставки белков от бактерий к клеткам человека в развитии хронического воспаления, что может объяснить обнаруженные в предыдущих исследованиях связи между микробиомом и болезнью.
«Наша цель заключалась в том, чтобы лучше охарактеризовать некоторые основные процессы того, как кишечные бактерии воздействуют на биологию человека, — объясняет соавтор исследования Вероника Янг. — Систематически картируя прямые белок-белковые взаимодействия между бактериальными и человеческими клетками, мы теперь можем понять молекулярные механизмы, которые лежат в основе этих связей».
Это открытие заставляет ученых задуматься, развились ли эти системы впрыскивания первоначально для патогенных целей, или наоборот, они изначально были необходимы именно для полезных бактерий для сосуществования с хозяином, а затем были заимствованы патогенами? Кроме того, специалисты уже планируют будущие исследования, которые помогут понять, как конкретные взаимодействия функционируют в различных тканях и при различных заболеваниях.
Фото: hi-tech.mail.ru