Учёные выяснили, как ультрамелкие бактерии из окружающей среды адаптировались к жизни внутри человека
Среди разнообразных бактерий, живущих в полости рта человека, есть группа, относящаяся к Candidate Phyla Radiation (CPR). Эти микроорганизмы особенно загадочны: они ультрамелкие, ведут уникальный симбиотический образ жизни с бактериями-хозяевами, и большинство из них ещё не культивированы в лаборатории.
Важный шаг к пониманию этих неуловимых бактерий сделали исследователи из Института Форсайта и Вашингтонского университета. Они разработали новую модельную систему, используя первый выделенный из полости рта человека штамм TM7x (группа TM7 в составе CPR) и его бактерию-хозяина Actinomyces odontolyticus.
Ключевое генетическое приобретение
Учёные обнаружили, что TM7, найденные в полости рта человека, уникальны по сравнению с TM7 из почвы или грунтовых вод. Они приобрели кластер генов, кодирующих аргининовую деиминазную систему (ADS).
"Это было интригующе, поскольку, судя по всему, произошло очень мало геномных изменений у этой группы крошечных бактерий с уже небольшими геномами при их переходе из окружающей среды в организм млекопитающих", — отметил доктор Джеффри С. Маклин.
Экспериментальное подтверждение гипотезы
Используя модельную систему, исследователи под руководством доктора Цзин "Джанет" Тянь экспериментально проверили функцию ADS. Они выяснили, что ADS помогает TM7x расщеплять аргинин. Этот процесс производит:
- Аденозинтрифосфат (АТФ) — источник энергии.
- Аммиак.
Это дало TM7x два ключевых преимущества для выживания в полости рта:
- Повышение инфекционности — увеличение способности к размножению.
- Защита от кислотного стресса — аммиак повышает pH в микроокружении, нейтрализуя кислоту, которая образуется при метаболизме пищевых углеводов другими бактериями.
Эксперимент показал, что благодаря ADS TM7x выживали в экспериментальных условиях дольше.
Пересмотр роли в здоровье и болезнях
Исследование добавляет данные в пользу того, что TM7 могут играть более защитную роль, чем считалось ранее.
- Ранее высокое содержание TM7 связывали с пародонтитом. Однако недавнее исследование показало, что TM7, наоборот, снижали воспаление и потерю костной ткани в модели на мышах.
- Доктор Тянь, детский стоматолог, отмечает, что в её предыдущем исследовании кариеса у детей обилие TM7 значительно увеличивалось после лечения. Это указывает на возможную связь TM7 со здоровым, безкариозным состоянием.
Значение исследования
"Используя эту бактериальную модельную систему TM7, мы можем напрямую проверять гипотезы, сгенерированные при анализе генома. Это помогает перевести исследования CPR с фокуса на геномы к гипотезо-ориентированным исследованиям", — сказал доктор Сюэсонг Хэ.
Наличие управляемой модельной системы для TM7 открывает новые возможности для экспериментального изучения биологии этих ультрамелких паразитических бактерий и их влияния на здоровье человека.