Бактерии, вызывающие кишечные инфекции, обычно избегают вонючего химического вещества
Бактерии, вызывающие кишечные инфекции, обычно избегают химического вещества с неприятным запахом, которое может убить их при достаточно высоких концентрациях в кишечнике человека. Однако они могут плыть к нему, если в качестве награды предлагается обильная еда.
«Представьте, что вы проделали долгий путь и проголодались», — сказал Арден Бейлинк, доцент. «Вы ищете место, где можно поесть, но обнаруживаете, что оно переполнено другими людьми и очередью у двери. К тому же толпа враждебна и довольно вонючая. Вы стоите перед дилеммой: стоит ли остаться и поесть или уйти?»
Это проблема, с которой сталкиваются болезнетворные бактерии, такие как сальмонелла, когда они перемещаются по нашему пищеварительному тракту, согласно новому исследованию из лаборатории Бейлинка в Вашингтонском государственном университете. Исследование, опубликованное в eLife, проливает свет на то, как патогенные бактерии принимают подобные решения, и в конечном итоге может помочь учёным создать новые лекарства для профилактики и лечения кишечных инфекций.
Бактериальный «запах» — это химическое вещество, называемое индолом, которое придаёт фекалиям их характерный запах. Оно производится полезными бактериями, известными как микробиота, которые живут в кишечнике и могут убивать инфекционные бактерии, когда достигает достаточно высокого уровня.
Бейлинк и Кайли Франко, докторант в лаборатории Бейлинка, решили разобраться в этом явлении с помощью специально сконструированного микроскопа, предназначенного для записи видео плавающих бактерий. Патогены имеют встроенную систему навигации, называемую хемотаксисом, которая работает как бактериальное обоняние, позволяя им плыть к питательным веществам и избегать химических веществ, которые могут им навредить, таких как индол.
Предыдущие исследования показали, что бактерия Escherichia coli использует хемотаксис, чтобы уплывать от индола
Ранее проведённые исследования показали, что бактерия Escherichia coli использует хемотаксис, чтобы уплывать от индола, что привело учёных к мысли, что это может быть одним из способов защиты человека микробиотой — путём выделения индола, который отталкивает патогены. Однако предыдущие исследования проверяли только чистый индол, а не индол, смешанный с питательными веществами, присутствующими в кишечнике, что более точно отражает условия в кишечнике.
Бейлинк и Франко смоделировали среду кишечника, смешав питательные вещества, необходимые бактериям для выживания, такие как аминокислоты и сахара, с различными концентрациями индола. Используя свой специализированный микроскоп, они записали видео с бактериями, чтобы понаблюдать за их реакцией на эти смеси.
«Сначала мы увидели то, что видели другие. Сальмонелла уплывает от чистого индола, без сомнения, и очень быстро. В течение 10 секунд бактерии исчезают», — сказал Бейлинк.
Но всё изменилось, когда индол был объединён с питательными веществами, и бактерии были привлечены. Степень, в которой бактерии были привлечены к питательным веществам, зависела от количества присутствующего индола. Меньше индола означало более сильное притяжение, но даже при высоких уровнях бактерии всегда были хотя бы немного привлечены и никогда не отталкивались.
Эта закономерность сохранялась у нескольких патогенов, включая различные виды Salmonella enterica, Escherichia coli, Citrobacter koseri и Enterobacter cloacae — бактерий, которые могут вызывать опасные для жизни кишечные инфекции и создают проблемы для врачей из-за роста устойчивости к антибиотикам.
Команда также проверила, предотвращает ли индол заражение кишечной ткани сальмонеллой, но обнаружила, что это не так.
Исследование показывает новый способ мышления о том, как бактерии инфицируют и вызывают заболевания в кишечнике. Индол — это не просто то, чего бактерии избегают, это информация.
«Индол сообщает им, где находится их конкуренция — микробиота. Бактерии могут использовать это, чтобы плыть в регионы, где конкуренция менее ожесточённая, а питательных веществ много», — сказал Бейлинк.
Исследование включало сотрудничество с Университетом Орегона, Майкл Дж. Хармс, Зилон Джентри-Лир и Майкл Шавлик.
Исследование может в конечном итоге привести к новым методам лечения устойчивых к лекарствам бактериальных инфекций и сепсиса путём блокирования того, как бактерии ощущают окружающую среду. «Мы благодарны налогоплательщикам, которые поддерживают наши исследования, чтобы мы могли продвинуть наше понимание бактериальных заболеваний и разработать новые методы лечения», — сказал Бейлинк.