Генномодифицированная микробиота поможет улучшить иммунитет
Один из видов бактерий, населяющих кишечник, разлагает ароматические аминокислоты с образованием множества метаболитов, девять из которых накапливаются в сыворотке крови хозяина. Исследователи из Медицинской школы Стэнфорда продемонстрировали, что количество как минимум одного из них — индолпропионовой кислоты — можно изменять путем генной модификации бактерий. Как показали ученые в своей работе, опубликованной в Nature, концентрация индолпропионовой кислоты в крови у мышей влияет на состав клеток иммунитета.
Мы уже не раз рассказывали, что кишечная микробиота способна модулировать иммунитет хозяина. Бактерии превращают компоненты пищи в биологически активные вещества, которые по-разному влияют на активность иммунных клеток. Здесь можно прочитать, как деятельность некоторых видов бактерий провоцирует рассеянный склероз, а здесь — как лактобациллы защищают нас от гипертонии.
Исследовательская группа из Стэнфорда и Университета Калифорнии под руководством Майкла Фишбаха (Michael A. Fischbach) показала, что количество иммунных клеток, определяющих как врожденный, так и приобретенный иммунитет, изменяется в зависимости от концентрации индолпропионовой кислоты (ИПК). Ранее было показано, что это вещество обладает антиоксидантным и нейропротекторным действиями.
Ученые обнаружили, что индолпропионовая кислота образуется из аминокислоты триптофана, поступающей с пищей в результате деятельности кишечной бактерии Clostridium sporogenes. Было известно, что клостридии способны метаболизировать другие ароматические аминокислоты — фенилаланин и тирозин — до аналогичных соединений с участием фермента фениллактат дегидратазы (Fld). Исследователи предположили, что этот же фермент участвует в метаболизме триптофана с образованием индолпропионовой кислоты.
Для того чтобы это проверить, ученые выключили у C. sporogenes ген fldC, кодирующий одну из субъединиц фермента. Концентрацию метаболитов в культуральной среде определяли при помощи газовой хроматографии, совмещенной с масс-спектрометрией. Продукция ИПК в культуре мутантных бактерий действительно пропала.
После того как мутантными и нормальными бактериями C. sporogenes заселили кишечник стерильных мышей, концентрация ИПК в сыворотке крови контрольных особей составила около 80 микромолей, в крови мышей с мутантными бактериями она не детектировалась. Зато в периферической крови животных возросло количество как зрелых Т-клеток (хэлперов и цитотоксических лимфоцитов), так и нейтрофилов и макрофагов — клеток врожденного иммунного ответа.
Всего с участием фермента из ароматических аминокислот можно получить 12 разных соединений, девять из которых накапливаются в сыворотке крови, и вероятно, как-то действуют на работу организма. Авторы предполагают, что генетическая инженерия кишечных бактерий — перспективный способ направленно модулировать содержание в организме определенных метаболитов и тем самым влиять на иммунитет хозяина.
Ранее исследователи из Медицинской школы Вашингтонского университета выяснили, что увеличение количества дезаминотирозина, еще одного метаболита ароматических соединений, который продуцируется другим видом кишечных клостридий, защитило мышей от воспаления легких при гриппе.
Метаболит, образующийся при участии микроорганизма Clostridium orbiscindens, стимулирует интерферон-зависимый иммунный ответ, который защищает хозяина от осложнений инфекции. Возможно, усилить выработку метаболита микробами поможет диета, обогащенная флавоноидами.
Дарья Спасская
Даже несмотря на использование сырого молока
Итальянские микробиологи изучили генетическое разнообразие микробиома кампанской моцареллы из молока буйволиц на разных этапах производства. К концу созревания микробиом сыра и рассола был представлен почти исключительно бактериями родов Lactobacillus и Streptococcus без значимого вклада минорных микроорганизмов. Исследование опубликовано в журнале Frontiers in Microbiololgy. Чтобы понять, какие микроорганизмы отвечают за аромат и вкус сыров с защищенным наименованием места происхождения, производители прибегают к микробиомным исследованиям. Часто такие нюансы связаны с минорными микроорганизмами, попадающими в тесто сыра не из стартовой культуры, а из термически необработанного молока, с оборудования или рук работников сыроварни. Доля таких микроорганизмов не превышает нескольких процентов микробиома. Технологии метагеномики и метаболомики позволяют быстро их идентифицировать, а иногда и попутно верифицировать происхождение сыра при сомнениях в его подлинности. Итальянские микробиологи во главе с Алессией Леванте (Alessia Levante) из Пармского университета исследовали микробиом рассольного сыра из молока буйволицы с юга материковой Италии, моцареллы ди буфала кампанья. Согласно традиционному рецепту, в молоко добавляют стартовую культуру и сычужный фермент, после чего в течение 4-5 часов происходит созревание при 35-37 градусах Цельсия. Потом массу погружают в воду температурой до 95 градусов, и она приобретает эластичную консистенцию. Эту массу вымешивают как тесто, после чего сыру придают форму шариков и помещают в рассол, в таком виде он и поступает в продажу. За время приготовления в среде колеблется температура, кислотность и концентрация соли, что создает предпосылки для изменений микробиома в процессе созревания. Биологи исследовали сыры от двух сыроварен: одна изготавливала моцареллу из сырого молока, другая — из пастеризованного. Ученые провели метагеномное секвенирование гена 16S рибосомальной РНК из образцов молока, стартовых культур, сырной массы перед нагреванием, рассола и готового сыра. В общей сложности 17 проб были пригодны для анализа — ученые забирали пробы из обеих сыроварен по два раза в разные дни. На одном из предприятий было доступно два варианта рассола — новый и старый, используемый уже более 30 лет. В общей сложности исследователи обнаружили бактерии из 30 типов, но основная часть биоразнообразия пришлась на образцы сырого молока, где доминировали типы Firmicutes, Proteobacteria и Actinobacteria. В остальных образцах доминировали представители Firmicutes: более 90 процентов микроорганизмов составили представители родов Streptococcus и Lactobacillus, причем в сырном тесте преобладали лактобациллы (L. delbrueckii и L. helveticus), а в рассоле преобладали стрептококки. Микробиом сырного теста на 99,4-99,8 процента состоял из лактобацилл и стрептококков. В старом рассоле от одной из сыроварен были идентифицированы бактерии родов Lentillactobacillus и Pediococcus, родственные лактобациллам, на них пришлось до десяти процентов ридов. При этом ученые не нашли минорных микроорганизмов, которые были бы характерны одновременно для сыров из обеих сыроварен. Единичные образцы содержали также минорные компоненты микробиома из родов Lactococcus, Acinetobacter или Chriseobacterium, но, по утверждению авторов, их нельзя назвать стабильным компонентом микробиома моцареллы ди буфало кампанья. Доля главных представителей микробиоты тоже оказалась довольно нестабильным показателем. От образца к образцу она различалась в 2-4 раза. Разброс от года к году может быть еще больше, если учесть результат исследования, часть данных которого касалась микробиома моцареллы. Учет того, насколько вариабельными могут быть продукты с защищенным наименованием места происхождения, важен при их сертификации и для их сохранения как объекта культурного нематериального наследия. Данные микробиомики используют не только для идентификации продуктов питания и их подлинности, но и для исследования диеты древних людей.