Графическая аннотация. Кредит: Cell (2024). DOI: 10.1016/j.cell.2024.08.037
Многие лекарства для человека могут напрямую подавлять рост и изменять функцию бактерий, составляющих наш микробиом кишечника. Исследователи EMBL Heidelberg теперь обнаружили, что этот эффект снижается, когда бактерии образуют сообщества.
В первом в своем роде исследовании ученые сравнили большое количество взаимодействий между лекарствами и микробиомом между бактериями, выращенными изолированно, и теми, которые являются частью сложного микробного сообщества. Их результаты были недавно опубликованы в журнале Cell.
Для своего исследования команда изучила, как 30 различных препаратов (включая те, которые направлены на инфекционные или неинфекционные заболевания) влияют на 32 различных вида бактерий. Эти 32 вида были выбраны в качестве репрезентативных для микробиома кишечника человека на основе данных, доступных на пяти континентах.
Они обнаружили, что, когда они вместе, определенные устойчивые к препаратам бактерии демонстрируют коллективное поведение, которое защищает другие бактерии, чувствительные к препаратам. Это поведение «перекрестной защиты» позволяет таким чувствительным бактериям нормально расти в сообществе в присутствии препаратов, которые убили бы их, если бы они были изолированы.
«Мы не ожидали такой устойчивости», — сказала Сарела Гарсия-Сантамарина, бывший постдок в группе Typas и соавтор исследования, в настоящее время руководитель группы в Instituto de Tecnologia Química e Biológica (ITQB), Universidade Nova de Lisboa, Португалия. «Было очень удивительно увидеть, что в половине случаев, когда вид бактерий подвергался воздействию препарата при выращивании отдельно, он оставался нетронутым в сообществе».
Затем исследователи углубились в молекулярные механизмы, лежащие в основе этой перекрестной защиты. «Бактерии помогают друг другу, поглощая или разрушая лекарства», — объяснил Майкл Кун, научный сотрудник Bork Group и один из первых авторов исследования. «Эти стратегии называются биоаккумуляцией и биотрансформацией соответственно».
«Эти результаты показывают, что кишечные бактерии обладают большим потенциалом для преобразования и накопления лекарственных препаратов, чем считалось ранее», — сказал Майкл Циммерман, руководитель группы в EMBL Heidelberg и один из соавторов исследования.
Однако есть и предел прочности этого сообщества. Исследователи увидели, что высокие концентрации препаратов приводят к разрушению сообществ микробиома, а стратегии перекрестной защиты заменяются «перекрестной сенсибилизацией». При перекрестной сенсибилизации бактерии, которые обычно устойчивы к определенным препаратам, становятся чувствительными к ним, когда находятся в сообществе — противоположность тому, что авторы наблюдали при более низких концентрациях препаратов.
Как и в случае с бактериями, которые они изучали, исследователи также использовали стратегию сообщества для этого исследования, объединив свои научные преимущества.
В качестве перспективного эксперимента авторы также использовали эти новые знания о перекрестных защитных взаимодействиях для сборки синтетических сообществ, которые могли бы сохранять свой состав неизменным при лечении лекарственными средствами.
«Это исследование является ступенькой к пониманию того, как лекарства влияют на наш микробиом кишечника. В будущем мы, возможно, сможем использовать эти знания для адаптации рецептов с целью снижения побочных эффектов лекарств», — сказал Пир Борк, руководитель группы и директор EMBL Heidelberg.
«Для достижения этой цели мы также изучаем, как межвидовые взаимодействия формируются питательными веществами, чтобы мы могли создавать еще более совершенные модели для понимания взаимодействий между бактериями, лекарствами и человеком», — добавил Патил.
Исследователи из групп Типаса, Борка, Циммермана и Савицкого EMBL Heidelberg, а также многие выпускники EMBL, включая Киран Патил (отделение токсикологии MRC в Кембридже, Великобритания), Сарела Гарсия-Сантамарина (ITQB, Португалия), Андре Матеус (Университет Умео, Швеция), а также Лиза Майер и Ана Рита Брочадо (Университет Тюбингена, Германия)
Дополнительная информация: Сарела Гарсия-Сантамарина и др., Возникновение поведения сообщества в микробиоте кишечника при лечении лекарственными препаратами, Cell (2024). DOI: 10.1016/j.cell.2024.08.037
Информация о журнале: Cell
Предоставлено Европейской лабораторией молекулярной биологии
