Lactobacillus манипулирует желчными кислотами для создания благоприятной среды в кишечнике

Новое исследование Университета Северной Каролины показывает, что пробиотические бактерии Lactobacillus ситуативно используют ферменты для манипуляции желчными кислотами и повышения собственной выживаемости в кишечнике. Эти результаты проясняют сложные взаимоотношения между желчными кислотами и кишечными бактериями и в перспективе могут позволить создавать лактобациллы с терапевтическими свойствами, конструируя более здоровую среду в кишечнике человека.

Желчные кислоты — ключевые игроки в пищеварении и здоровье кишечника. Они производятся в печени, выделяются после еды, расщепляют холестерин, регулируют всасывание жиров и сильно влияют на то, какие бактерии колонизируют кишечник.

В кишечнике желчные кислоты сначала химически модифицируются путём присоединения аминокислоты (часто глицина или таурина), образуя сложный пул "конъюгированных" кислот. Некоторые кишечные бактерии имеют ферменты — желчные соль-гидролазы (BSH), — которые могут отщеплять ("деконъюгировать") эти аминокислоты. Это позволяет другим бактериям дальше трансформировать желчные кислоты по мере их продвижения по толстой кишке. Эти трансформации влияют на токсичность кислот, что, в свою очередь, определяет способность разных бактерий выживать в кишечнике.

Предполагалось, что BSH у бактерий вроде Lactobacillus просто деконъюгируют желчную кислоту, делая её менее токсичной и позволяя бактериям выжить. Однако реальность сложнее: эти ферменты более специфичны, чем думали. В зависимости от того, какой BSH действует на какую желчную кислоту, можно формировать среду кишечника по-разному, делая её более или менее гостеприимной для бактерий или патогенов.

Исследователи провели эксперименты in vitro и in vivo, чтобы определить, как BSH снижают токсичность желчных кислот. Они изучали рост двух штаммов Lactobacillus в присутствии разных желчных кислот и с удивлением обнаружили, что конъюгированный глицин или таурин играют большую роль в определении токсичности конкретной кислоты. Затем BSH были выделены и биохимически изучены, чтобы определить их активность в отношении конкретных солей желчных кислот и их влияние на выживаемость лактобацилл.

Оказалось, что токсичность желчной кислоты зависит не просто от того, конъюгирована она или деконъюгирована BSH. Взаимоотношения определяются типом желчной кислоты, конкретной бактерией и присутствующим ферментом BSH.

Когда учёные изменяли BSH-состав штаммов Lactobacillus, их толерантность к желчным кислотам и, следовательно, конкурентная приспособленность также менялись. Эти ферменты BSH обладают разнообразными свойствами. Бактерии регулярно "подбирают" и "теряют" ферменты: иногда те, что помогают выжить (сделать желчную кислоту менее токсичной), иногда те, что вредят конкурентам.

Таким образом, отношения между бактериями, BSH и желчными кислотами не являются простыми. Эти знания могут помочь в разработке стратегий улучшения здоровья человека путём продления жизни полезных микробов или предотвращения колонизации патогенов.

Если в будущем мы собираемся конструировать микробиоту кишечника, необходимо понимать всех игроков — бактерии, ферменты и желчные кислоты — и их ситуативные взаимоотношения. BSH — лишь один из инструментов, который Lactobacillus используют для адаптации к жизни в конкурентной среде кишечника.

Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Science.