Полезные кишечные микробы способны обнаруживать широкий спектр продуктов распада питательных веществ

Кишечный микробиом (микрофлора) важен для здоровья. Это сложное сообщество микроорганизмов управляется множеством химических взаимодействий между самими микробами и с организмом-хозяином. Восприятие питательных веществ и сигнальных молекул кишечными бактериями критически важно для этих взаимодействий, однако широкий репертуар сигналов, распознаваемых бактериальными рецепторами, в значительной степени неизвестен.

Международная группа под руководством Виктора Сурджика, включавшая исследователей из Института наземной микробиологии Макса Планка, Университета штата Огайо и Марбургского университета, показала, что комменсальные (непатогенные) бактерии могут воспринимать и реагировать на разнообразные химические стимулы в своей среде. Ученые сосредоточились на подвижных бактериях Clostridia, которые в большом количестве присутствуют в кишечной микрофлоре и играют важную роль в поддержании здоровья кишечника.

Исследователи обнаружили, что рецепторы, полученные из микробиома человека, распознают удивительно широкий спектр метаболических веществ. К ним относятся продукты распада углеводов, жиров, белков, ДНК и аминов. Систематический скрининг выявил явные предпочтения к определенным классам химических соединений, которые различаются у разных типов бактериальных сенсоров.

Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Лактат и формиат: важные метаболиты для кишечных бактерий

Используя комбинацию экспериментальных и биоинформатических методов, исследователи идентифицировали множество специфических химических лигандов для сенсорных рецепторов, контролирующих движение подвижных бактерий. Наблюдения показали, что бактерии используют эти сенсоры для обнаружения питательных веществ, что предполагает ключевую роль подвижности в поиске источников пищи. Результаты показали, что молочная кислота (лактат) и муравьиная кислота (формиат) являются наиболее распространенными стимулами и, таким образом, могут служить особенно важными питательными веществами для роста бактерий в кишечнике.

Тот факт, что эти соединения также могут продуцироваться некоторыми кишечными бактериями, подчеркивает значимость «перекрестного питания» — процесса, при котором один вид бактерий выделяет метаболиты, которыми питаются другие виды.

Обнаружение сенсоров с новыми специфичностями

Систематически оценивая специфичности множества сенсоров, исследователи обнаружили несколько ранее неизвестных групп сенсорных доменов, специфичных к лактату, дикарбоновым кислотам, урацилу (компоненту РНК) и короткоцепочечным жирным кислотам (SCFAs).

Также им удалось определить кристаллическую структуру нового двойного сенсора урацила и ацетата с его лигандами, расшифровав механизм их связывания. Этот сенсор принадлежит к большому классу сенсорных доменов с разнообразной специфичностью. Анализ эволюционных взаимоотношений между урациловыми сенсорами и другими сенсорами этого класса показал замечательную легкость, с которой их лигандная специфичность меняется в ходе эволюции. Это подчеркивает адаптивность сенсорных рецепторов в ответ на изменения экологической ниши бактерий.