Как вирусы и бактерии балансируют друг с другом в микробиоме кишечника

Правило «всего в меру» применимо не только к еде и питью, но и к легионам бактерий в нашем кишечнике, которые помогают нам их переваривать. Оказывается, это правило может распространяться и на менее изученные бактериофаги — вирусы, заражающие живущие в нас бактерии.

Как матрёшки, наши тела содержат около 100 триллионов бактериальных клеток, составляющих наш микробиом, — и у этих клеток есть свои собственные обитатели.

«Мы всё больше осознаём, что самые многочисленные микробные сущности в человеческом кишечнике — это на самом деле вирусы», — говорит Эрик Мартенс, доктор философии, доцент кафедры микробиологии и иммунологии Медицинской школы Мичиганского университета.

Его команда изучает загадочный способ, которым бактерии и их вирусы сосуществуют в кишечнике человека. Секрет может заключаться в похожем на волоски сахарном покрытии, которое бактерии используют для защиты не только от атак иммунной системы человека, но и от различных вирусов, ищущих способ проникновения.

Используя обычную кишечную бактерию Bacteroides thetaiotaomicron (сокращённо BT), команда Мартенса начала изучать сложное взаимодействие между BT и вирусами, сталкивая их друг с другом в лаборатории.

При столкновении с вирусами (фагами), собранными из сточных вод, некоторые бактерии смогли противостоять инфекции, а некоторые — нет. «Когда появляется определённый фаг, способный убить некоторых членов популяции, он это делает, а устойчивые бактерии быстро разрастаются», — объясняет Мартенс.

Однако вместо того, чтобы навсегда изменить рецептор, позволивший вирусное проникновение, и потенциально навредить себе, некоторые бактерии временно включают устойчивое состояние с помощью обратимого процесса, называемого фазовой вариацией. Но некоторые члены бактериальной популяции, не подозревая о продолжающемся присутствии фага, выключают этот «переключатель» устойчивости, оставляя себя уязвимыми для инфекции... и так далее.

Команда генетически модифицировала штамм BT для экспрессии только одной из восьми химически различных капсул и версию вообще без покрытия. Во всех случаях инфекцию могла блокировать лишь часть, но не все капсулы. Неожиданно исследователи отметили, что «лысые» бактерии также смогли избежать заражения. «Нас заинтриговало, что мы можем убрать все капсулы, всё равно заразить бактерии этими фагами, и они всё равно выживут. Это означает, что у них есть резервный механизм», — говорит Мартенс.

Взаимодействие между микробиомом кишечника и его фагами может иметь значение для болезней человека. «Одна из наших гипотез заключается в том, что у разных людей в кишечнике разная вирусная нагрузка. Некоторые фаги могут быть более или менее иммуногенными, взаимодействуя с нашей иммунной системой и вызывая воспаление. Но они также могут изменять физиологию присутствующих бактерий, заставляя их экспрессировать определённые функции/капсулы, которые, как мы знаем, тоже взаимодействуют с иммунной системой», — говорит Мартенс.

Он отмечает, что исследование помогает объяснить давнее наблюдение, что эти бактерии сосуществуют со своими вирусами. «Ни одна из сторон не обязательно побеждает другую», — заключает Мартенс. Таким образом, бактериальные вирусы могут предложить способ полезного изменения микробиома кишечника для лечения заболеваний.