Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Бактерии человеческого языка сформировали консорциумы

Wilbert et al. / Cell Reports, 2020

Американские ученые собрали образцы бактериальных биопленок с человеческого языка и восстановили структуру микробного сообщества. Оказалось, что оно совсем не похоже на то, что происходит в кишечнике: многие микробы не живут поодиночке, а формируют на поверхности эпителиальных клеток языка консорциумы — сложные структуры из кластеров бактерий разных родов и видов. При этом каждый род бактерий занимает определенную позицию в бактериальных пленках: кто-то стремится к центру, а кто-то — наружу. Вероятно, это связано с особенностями их обмена веществ. Исследование опубликовано в журнале Cell Reports.

В последние годы ученые все больше работ посвящают бактериальным сообществам в теле человека: считается, что заселение тела «здоровыми» микробами может избавить людей от множества заболеваний, например, инфекций и болезней обмена веществ. Тем не менее, до сих пор до конца не понятно, как эти бактериальные сообщества устроены, поскольку добыть их из организма человека нетронутыми практически невозможно.

Стивен Уилберт (Steven Wilbert) из Института Форсайта и его коллеги восстановили структуру сообщества, которое обитает на человеческом языке — одной из самых легко доступных слизистых оболочек. Для этого они попросили 21 добровольца в возрасте от 18 до 70 лет собрать соскоб с собственного языка. После этого пробы тут же фиксировали этанолом — это позволяет бактериальной биопленке не распадаться в жидкости.

Воспользовавшись данными проекта «Микробиом человека», авторы работы выделили 17 наиболее часто встречающихся во рту родов бактерий. Для каждого из них они разработали зонд для гибридизации — специфичную нуклеиновую кислоту с флуоресцентным красителем. Исследователи обрабатывали зафиксированные пробы 17-ю зондами, а дальше пытались восстановить трехмерную картину сообщества.

Авторы работы обнаружили в соскобах три типа бактерий: свободно плавающие, прикрепленные к эпителию и образующие консорциумы — сложные структуры из множества бактериальных слоев. В то время как свободные или связанные с эпителием бактерии принадлежали в основном к одному из трех родов — Rothia, Veillonella или Actinomyces — в составе консорциумов встречались одновременно разные роды. Более того, они были распределены по пленке неравномерно и образовывали скопления с ровным краем — дальнейшее внимание исследователи обращали именно на них.

Они обнаружили, что в центре каждого консорциума лежат эпителиальные клетки, обросшие бактериальными пленками со всех сторон. Такие структуры нашлись во всех образцах. В подавляющем большинстве проб встречались три основных рода бактерий: Actinomyces, Rothia и Streptococcus. При этом первые чаще прилегали к эпителиальному «стержню», вторые, наоборот, чаще встречались во внешних слоях, а третьи образовывали «лучи», пронизывающие всю структуру насквозь.

Представители других групп бактерий встречались у всех доноров, но не в каждом консорциуме. И еще порядка 20 процентов клеток не удалось определить с помощью флуоресцентных зондов — вероятно, они принадлежали к другим таксонам.

Измерив расположение представителей разных родов бактерий внутри консорциума, авторы работы заметили, что некоторые из них чаще встречаются друг с другом, например, Veillonella и некоторые стрептококки. Кроме того, большинство бактерий часто встречаются рядом с бактериями своего же таксона, то есть образуют кластеры. Смоделировав расположение разных таксонов внутри консорциума, исследователи подтвердили свои наблюдения: некоторые роды тяготеют к внутренним слоям, а другие, наоборот, ко внешним. Точно неизвестно, почему они распределяются именно так. Исследователи полагают, что одни виды могут размножаться активнее, вытесняя соседей из ниши, или же, наоборот, что для некоторых групп бактерий выгоднее располагаться во внутренних слоях, где снижена концентрация кислорода.

Авторы работы отмечают, что их метод не позволяет проанализировать динамику микробного сообщества. Тем не менее, даже по статичной картине они смогли кое-что заключить о развитии консорциумов. Они заметили, что толщина бактериальных пленок может быть очень разной в зависимости от пробы и консорциума: где-то она составляет всего 5-10 клеточных слоев, а в других случаях — больше 50. Они предположили, что это соответствует разным стадиям развития сообщества: вначале некоторые клетки закрепляются на эпителии и начинают размножаться, потом образуют кластеры, потом делятся на внешние и внутренние слои, и наконец достигают критической толщины и слущиваются с поверхности эпителия, после чего цикл замыкается.

Таким образом, структура бактериального сообщества на языке оказалась совсем не похожа на то, что наблюдается в кишечнике. Кишечные сообщества гораздо более динамичны, поскольку постоянно смываются с током жидкости, и гораздо сильнее перемешаны: там бактериям не удается образовать устойчивые структуры. Бактериальные пленки на языке оказались более стабильными, а кластеры, которые образуют представители отдельных родов, могут помогать им поддерживать обмен веществ. Следующей задачей должно стать изучение этого сообщества в динамике и научиться воспроизводить его in vitro или внутри организма какого-нибудь модельного животного.

Ранее ученые предположили, что бактерии ответственны за запах кошачьих меток. Кроме того, оказалось, что кишечные микробы умеют заякориваться в клетках стенки кишечника, а ротовые — могут быть замешаны в развитии болезни Альцгеймера.

Полина Лосева

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.