Нервная система кишечника оказалась регулятором состава микробиома

Эксперименты га рыбах данио-рерио, проведенные американскими учеными, показали, что нервная система кишечника (НСК) играет важную роль в регуляции кишечной микробиоты. Результаты работы опубликованы в журнале PLоS Biology.

Кишечник представляет собой сложный орган, имеющий множество функций: переваривание пищи, всасывание питательных веществ, перистальтику (волнообразные сокращения, проталкивающие содержимое), постоянное обновление своего эпителия, синтез защитной слизи, выведение отходов пищеварения и продуктов обмена веществ и другие. Кроме того, он содержит самый многочисленный (как по абсолютному количеству бактерий, так и по числу их видов) микробиом в организме, модулирующий его работу. Для выполнения всех этих функций в дополнение к симпатической и парасимпатической иннервации кишечник имеет дополнительную нервную систему — НСК, которая состоит из межмышечного, или ауэрбахова нервного сплетения, контролирующего перистальтику, и подслизистого, или мейсснерова нервного сплетения, управляющего кровотоком, секрецией и всасыванием.

Несмотря на динамичную внутреннюю среду кишечника, обусловленную поступлением разнообразных пищевых веществ, секрецией пищеварительных желез, сменой эпителия и перистальтикой, состав его микробиоты в целом сохраняет постоянство. Механизмы поддержания такого постоянства неизвестны, однако наблюдения показывают, что при нарушениях моторики кишечника состав его микробиома нарушается, что зачастую приводит к воспалительным и другим заболеваниям органа.

Наиболее тяжелые нарушения моторики наблюдаются при болезни Гиршпрунга — врожденном заболевании, при котором отсутствие одного или нескольких генов, в том числе sox10, приводит к тому, что дистальные отделы НСК в процессе развития не формируются. Это проявляется постоянными запорами и растяжением толстой кишки. Примерно у 30 процентов таких пациентов наблюдаются глубокие нарушения в составе кишечной микробиоты, известные как гиршпрунг-ассоциированный энтероколит. К его симптомам относятся диарея, вздутие живота, лихорадка, которые в тяжелых случаях могут закончиться сепсисом и смертью.

Чтобы уточнить роль НСК в контроле кишечного микробиома, сотрудники Орегонского университета сравнили его состав у обычных данио-рерио и носителей мутации sox10t3, которая вызывает нарушения развитий и функций НСК, схожие со среднетяжелой формой болезни Гиршпрунга у людей.

Выяснилось, что пищеварительный тракт рыб с мутацией содержит значительно большую (примерно в 10 раз) массу бактерий, чем у здоровых рыб, причем они в больших количествах скапливаются в нехарактерных местах, таких как пищеводно-кишечное соединение. При этом у некоторых мутантов в кишечнике наблюдаются такие признаки воспаления как скопление нейтрофилов (одной из популяций лейкоцитов) и усиленную пролиферацию эпителиальных клеток, а у других — нет. При выращивании рыб в стерильных условиях, приводящих к отсутствию микробиоты, подобных признаков воспаления не наблюдалось, что свидетельствует о влиянии бактерий на их развитие.

Дальнейший анализ показал, что накопление нейтрофилов в кишечнике мутантных данио-рерио зависит всего от двух родов бактерий: Vibrio способствуют ему (то есть вызывают воспаление), а Escherichia — препятствуют (то есть предотвращают воспаление). При этом как колонизации воспаленного кишечника мутантов противовоспалительными бактериями, так и пересадки клеток-предшественниц НСК достаточно для устранения воспалительных реакций. Так исследователи показали тесную взаимосвязь НСК и кишечной микробиоты и их роль в развитии воспаления.

«Когда мы приступили к этой работе, очень немногие люди задумывались над тем, как взаимодействуют НСК и кишечный микробиом. Полученные результаты показывают, насколько важно принимать во внимание все взаимодействующие клетки органа, включая микробные», — пояснила одна из авторов работы Джудит Айзен (Judith Eisen). Исследователи рассчитывают, что обнаружение «провоспалительных» и «противовоспалительных» родов бактерий поможет в разработке пробиотиков для лечения воспалений кишечника.

Недавно американские ученые вырастили из стволовых клеток ткань кишечника, которая имеет нервную систему и способна к самостоятельной перистальтике. Она стала одним из самых сложных искусственных органов, созданных на сегодняшний день.

Олег Лищук

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Американцы составили водную карту поверхности Луны

Основываясь на уточненных спектроскопических данных, американские астрофизики составили первые количественные карты содержания воды на поверхности Луны. Полученные данные показали, что основным источником воды на поверхности Луны является солнечный ветер. А составленные карты могут потом быть использованы для уточнения теоретических моделей поведения летучих веществ на безвоздушных космических объектах. Работа опубликована в Science Advances.