02:00 
Кишечный патоген изменяет среду кишечника, стимулируя собственную колонизацию и вызывая заболевания, как обнаружила межинституциональная группа, включающая исследователей из Vanderbilt Health.
Исследователи показали, что энтеротоксигенный Bacteroides fragilis (ETBF), который вызывает диарею и участвует в колите (воспалении толстой кишки) и колоректальном раке, использует вырабатываемый им токсин для перепрограммирования метаболизма клеток кишечника и создать условия, способствующие его росту. Исследование, опубликованное 30 апреля в журнале Cell, указывает на новые терапевтические стратегии для прекращения роста таких патогенов, как ETBF.
"Наши результаты показывают, что болезнетворные микробы не просто реагируют на воспаление - они могут активно стимулировать его, изменяя метаболизм хозяина. Это открывает новые возможности для вмешательства, например, путем нацеливания метаболических взаимодействий между хозяином и микробами для предотвращения или разрушения таких заболеваний, как инфекционная диарея и колоректальный рак. рак", - сказал Вэньхан Чжу, доктор философии, доцент кафедры патологии, микробиологии и иммунологии и ведущий автор исследования.
Чжу уже давно интересуется тем, как патогены преуспевают в конкурентной кишечной среде.
"Кишечник является одной из наиболее густонаселенных микробных сред в организме, с жесткой конкуренцией за питательные вещества, однако некоторые микробы все же могут захватывать и вызывать болезни", - сказал он. «Эти микробы в конечном итоге конкурируют за питательные вещества, и такие процессы, как воспаление и рак, могут быть способами, с помощью которых они изменяют окружающую среду, чтобы получить доступ к этим ресурсам».
Хотя процент людей, несущих ETBF, варьируется от исследования к исследованию, он может быть обычным членом микробиоты кишечника и считается классическим анаэробом, типом бактерий, которым для выживания необходимы условия с низким содержанием кислорода (например, в толстом кишечнике). Он вырабатывает токсин, который взаимодействует с кишечными клетками-хозяевами, вызывая воспаление и усиление кислородного и окислительного стресса – состояний, которые обычно вредны для анаэробов, таких как ETBF.
Чжу и его коллеги изучают, как ETBF перемещается и использует эти условия, чтобы получить представление о микробной физиологии и взаимодействиях между хозяином и микробом, сказал он. В текущем исследовании исследователи показали на животной модели, что:
- ETBF использует свой токсин для перепрограммирования метаболизма эпителиальных клеток кишечника.
- Этот метаболический сдвиг снижает потребление кислорода клетками-хозяевами, увеличивая доступность кислорода в кишечнике.
- Получающаяся среда поддерживает рост ETBF, несмотря на то, что он традиционно считается анаэробом.
- Эти изменения также создают условия, которые способствуют возникновению связанных с заболеваниями микробных сообществ. к колоректальному раку.
«Одним из наших самых удивительных открытий было то, что классическая анаэробная бактерия может извлечь выгоду из среды, богатой кислородом, и даже помочь создать ее», - сказал Чжу. «Это бросает вызов традиционному представлению о том, что анаэробные микробы просто не переносят кислород».
Исследователи также обнаружили, что ETBF неожиданным образом меняет ландшафт кишечника, например, стимулируя пролиферацию эпителиальных клеток и манипулируя путями передачи иммунных сигналов и биологией желчных кислот.
Они продолжают исследовать, как ETBF изменяет свою среду для успешной колонизации и возникновения заболеваний; насколько широко эти механизмы применяются к другим микробам и заболеваниям; и могут ли эти взаимодействия быть терапевтически целенаправленными.
«В конечном итоге мы надеемся определить стратегии, позволяющие разрушить эти ниши, способствующие развитию заболеваний, прежде чем они приведут к долгосрочной патологии», — сказал Чжу.
Четыре исследователя внесли равный вклад в исследования и являются соавторами: Луизелла Спига, доктор философии; Райан Фэнслер; и Ифань Ву, доктор философии; все в Vanderbilt Health; и Александра Гроте, доктор философии, Медицинская школа Файнберга Северо-Западного университета. Значительный вклад в исследование также внесла Мэдисон Батлер из Vanderbilt Health; Синтия Сирс, доктор медицинских наук, из Университета Джонса Хопкинса; и соавтор-корреспондент Эшли Эрл, доктор философии, из Института Броуда Массачусетского технологического института и Гарварда.
Исследование выполнено при поддержке Национальных институтов здравоохранения (гранты F31AI178950, R35GM147470, R01DK134692, R35GM150625, U19AI110818, U2CDK119886, OT2OD030544, U2CDK119889, P30CA068485 и P30DK058404); Фонд V; Альянс по борьбе с колоректальным раком; Фонд Дж. Гарольда и Лейлы Ю. Мазерс; и Мемориальный фонд медицинских исследований Джейн Коффин Чайлдс.
