Источник: The ISME Journal (2024). DOI: 10.1093/ismejo/wrae123
Исследовательская группа под руководством Саймона Хайлброннера, профессора микробиологии в Биоцентре Университета Людвига-Максимилиана-Митчелла, исследовала, как различные бактерии, колонизирующие носовую полость, справляются с недостатком железа и взаимодействуют друг с другом.
Исследование было недавно опубликовано в The ISME Journal, и его результаты показывают, что состав микробиома влияет на то, насколько хорошо мультирезистентные стафилококки могут размножаться в носу. Это открывает возможности для целенаправленного подавления потенциально опасных микробов с помощью назальных пробиотиков, без необходимости применения антибиотиков.
В нашем теле обитает бесчисленное множество микроорганизмов. Они обитают в нашем кишечнике, коже и отверстиях тела, таких как рот и нос. Состав этого микробиома оказывает большое влияние на наше здоровье.
Хотя одни микробы могут быть полезны, другие вредят нам. Staphylococcus aureus попадает в последнюю категорию: «Устойчивые к антибиотикам стафилококки могут незаметно скрываться в микробиоме здоровых людей», — объясняет Хейлброннер.
Это касается трети всех людей. Пока бактерии остаются в носу, мы их не замечаем. Но если они попадут в наш кровоток (например, после операции), они могут вызвать серьезные заболевания.
Эти инфекции крайне опасны для жизни, и бактерии развивают устойчивость даже к антибиотикам последней инстанции. Больничные инфекции с множественной устойчивостью становятся все более проблематичными и переросли в глобальный кризис здравоохранения. Обеспечение того, чтобы опасные патогены не обитали в носу пациента до его поступления в больницу, может спасти жизни.
Носовая среда обитания
Причина, по которой Staphylococcus aureus встречается в одних носах и не встречается в других, остается в значительной степени неясной. «Мы знаем на удивление мало о факторах, определяющих, может ли человек быть заселен S. aureus», — говорит Хайлброннер. Генетика хозяина и условия окружающей среды оказывают лишь умеренное влияние. «Напротив, становится все более очевидным, что присутствие некоторых других бактерий может способствовать или препятствовать росту патогена».
Из-за отсутствия исследований микробной экосистемы носа в целом ученые все еще знают слишком мало, чтобы в достаточной степени понять основные механизмы.
Для нового исследования Хайльброннер и его коллеги изучили 94 штамма из 11 родов бактерий, которые встречаются в человеческом носу. Их внимание было сосредоточено на очень специфической характеристике микробов. «В носу наблюдается острая нехватка железа», — говорит Хайльброннер.
Ограничивая этот необходимый нутриент, иммунная система человека защищает себя от нежелательных гостей. И поэтому бактериям, которые хотят выжить в носу, нужна стратегия: они производят так называемые сидерофоры — связывающие железо молекулы, которые они выпускают в окружающую среду.
«Вы можете представить их как молекулярные сети, которые бактерии выбрасывают, чтобы поймать железо», — предполагает биолог-инфекционист. Как только сидерофоры обогатились желанным микроэлементом, они снова поглощаются — хотя и не всегда той же бактерией, которая их произвела.
Битва за железо
Как обнаружили исследователи, наши носы являются местом сложной сети торговых союзов, связанных с железом, и враждебных набегов. Они выявили различные формы взаимодействия между бактериями, которых они изучали. Некоторые микроорганизмы делятся своими сидерофорами и связанным с ними железом с S. aureus. Можно сказать, что они сотрудничают с патогеном к обоюдной выгоде обоих.
Напротив, поведение других бактерий менее социально. Есть виды, которые помогают себе сидерофорами S. aureus, но используют молекулярное шифрование для защиты своих собственных сидерофоров от использования патогеном. Авторы называют эту стратегию «запиранием» железа.
И есть пираты среди носовых клопов, которые не производят никаких собственных сидерофоров — потому что их производство дорого — а исключительно грабят внешние источники, произведенные другими. Многие из этих «рейдеров» специализируются на сидерофорах патогена.
Хайльброннер и его команда смогли продемонстрировать, что рост S. aureus подавляется, если в среде присутствуют бактерии, которые грабят его сидерофоры, ничего не давая взамен.
«В этой работе мы идентифицировали несколько штаммов различных видов и родов, которые взаимодействуют с S. aureus по-разному», — замечает Хайльброннер. «Результаты показывают, что соседние бактерии могут создавать враждебную среду для стафилококков, воруя железо патогена».
Это прокладывает путь к разработке назальных пробиотиков для подавления мультирезистентных стафилококков в носу. Таким образом, пираты сидерофоров могли стать каперами на службе медицины, которым было поручено разграбление железа S. aureus с целью остановить его распространение.
Дополнительная информация: Яньфэн Чжао и др., Назальные комменсалы снижают пролиферацию Staphylococcus aureus, ограничивая доступность сидерофоров, Журнал ISME (2024). DOI: 10.1093/ismejo/wrae123
Информация о журнале: Журнал ISME
Предоставлено Мюнхенским университетом Людвига-Максимилиана
