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