Обнаружен новый механизм «межвидовой коммуникации» между кишечными бактериями и млекопитающими

Бактерии в кишечнике не только помогают переваривать пищу, но и могут «указывать» генам своего хозяина-млекопитающего, что делать.

Исследование, опубликованное в Cell, описывает форму «межвидовой коммуникации», при которой бактерии выделяют специфическую молекулу — оксид азота (NO). Эта молекула позволяет бактериям взаимодействовать с ДНК хозяина и контролировать её, что может влиять на здоровье человека.

Учёные из Case Western Reserve University, University Hospitals Cleveland Medical Center и Harvard Medical School проследили за оксидом азота, выделяемым кишечными бактериями в организме микроскопических червей C. elegans (стандартная лабораторная модель млекопитающих). NO, секретируемый бактериями, присоединялся к тысячам белков хозяина, полностью меняя способность червя регулировать собственную экспрессию генов.

Это первое исследование, показывающее, что кишечные бактерии могут встраиваться в NO-сети, повсеместно распространённые у млекопитающих, включая человека. Оксид азота присоединяется к человеческим белкам в строго регулируемом процессе — S-нитрозилировании. Нарушения в этом процессе связаны с такими заболеваниями, как болезни Альцгеймера, Паркинсона, астма, диабет, сердечно-сосудистые заболевания и рак.

Результаты предполагают, что оксид азота является общим механизмом, с помощью которого кишечные бактерии общаются с хозяевами-млекопитающими. Ранее исследования были сосредоточены на редких молекулах, выделяемых бактериями. Новое открытие сравнимо с обнаружением общего химического языка между видами, а не отдельных «слов».

Ключевой эксперимент: когда развивающимся червям давали бактерии, производящие NO, молекула присоединялась к высококонсервативному белку ALG-1 (от червей до человека), который «выключает» ненужные гены. Это приводило к деформации репродуктивных органов и гибели червей. Слишком много NO от бактерий нарушало здоровое развитие, захватывая белки, регулирующие ДНК.

В естественных условиях хозяин, вероятно, адаптируется к изменяющимся уровням NO. Однако избыток NO, производимого микробиомом, может вызывать болезни или проблемы в развитии плода.

Исследование подтверждает, что бактерии в кишечнике, определяемые диетой и средой, сильно влияют на здоровье. NO может стать мишенью для терапевтического воздействия на этот симбиоз — например, с помощью «пробиотиков», улучшающих NO-сигнализацию.

Хотя NO и S-нитрозилирование могут быть общим способом коммуникации, это лишь начало. «Мы открываем новое поле для поиска общих стратегий общения. Будут и другие», — заключают авторы.