Возбудитель акне защитил нематод от золотистого стафилококка

Микробиологи обнаружили, что Cutibacterium acnes, бактерия, которая вызывает акне на коже млекопитающих, защищает питающихся ей нематод от золотистого стафилококка. Это связано с тем, что некоторые штаммы C. acnes усиливают у червей экспрессию генов, ответственных за борьбу с грамположительными бактериями, пишут ученые в Microbiology Spectrum.

C. acnes — анаэробная, но устойчивая к кислороду грамположительная бактерия, составляющая основную часть микрофлоры кожи человека. Эта бактерия считается основной причиной развития акне — воспалительного заболевания кожи. Появление угрей зависит от штамма C. acnes, который обитает на коже конкретного человека: штаммы, относящиеся к группам RT4, RT5, RT8 и RT10, связаны с более частым развитием акне, другие (например RT6) — с отсутствием высыпаний. 

Чтобы понять, как бактерии влияют на здоровье человека, не проводя исследований на людях, ученые часто используют модельные объекты. Это хорошо изученные организмы, с которыми легко производить генно-инженерные манипуляции, такие как выключение (нокаут) генов. Один из таких организмов — свободноживущая нематода Caenorhabditis elegans. Этот круглый червь в обычной жизни живет в почве и питается бактериями. Использование C. elegans в качестве модели для изучения заболеваний человека имеет ряд преимуществ: за нематодами удобно наблюдать, благодаря их небольшому размеру и относительной небольшой продолжительности жизни (около двух недель), а их содержание в лаборатории не требует большого количества ресурсов. Например, именно на нематодах C. elegans ученые показали, что стресс, снижающий эффективность работы митохондрий, замедляет старение организма.

Группа микробиологов во главе с Аяно Цуру (Ayano Tsuru) из Осакского университета изучила влияние штаммов C. acnes на жизнь нематод. В данном исследовании нематод кормили бактериями C. acnes, относящимися к девяти различным штаммам. Ученые обнаружили, что включение в рацион нематод разных штаммов бактерий по-разному влияет на червей. Одни штаммы (названные «патогенными») вызывают сокращение продолжительности жизни C. elegans, другие («непатогенные») штаммы на продолжительность жизни не влияют. Авторы отмечают, что патогенные штаммы относились к группам RT4 и RT8, присутствие которых на коже человека связано с развитием акне.

Для дальнейшего исследования взяли два штамма С. acnes: один – патогенный (SK137), и один — непатогенный (HL110PA4). Нематоды контрольной группы питались штаммом OP50 Escherichia coli. Анализ транскриптомов показал, что у нематод, питавшихся штаммом SK137, повышена по сравнению с контролем экспрессия 493 генов. Многие из этих генов отвечают за развитие кутикулы (p = 8,02 × 10^-13). В группе червей, питавшихся непатогеным штаммом HL110PA4, была повышена экспрессия 248 генов, значительная часть которых участвует в защите от грамположительных бактерий (p = 3,47 × 10⁻¹¹). Кроме того, такие нематоды лучше выживают при инфекции золотистым стафилококком — грамположительной бактерией, вызывающей широкий спектр заболеваний, от угрей до менингита. Авторы подчеркивают, что изменение экспрессии генов и устойчивость к золотистому стафилококку не были вызваны секрецией C. acnes антимикробных пептидов: в среде, очищенной от клеток, не было обнаружено веществ, которые бы ухудшали рост золотистого стафилококка.

Поскольку главную роль в регуляции работы врожденного иммунитета играют сигнальные пути IIS и p38 MAPK, микробиологи решили проверить, участвуют ли эти пути в приобретении устойчивости к золотистому стафилококку. Для этого они создали линии C. elegans, у которых были нокаутированы гены, продукты которых задействованы в сигнальных путях IIS и p38 MAPK. При инфекции золотистым стафилококком выживаемость нематод, питавшихся C. acnes, была выше в случае дикого типа, а также при нокауте генов daf-16 и skn-1 (участников сигнального пути IIS). При нокауте генов nsy-1, sek-1 и pmk-1 выживаемость нематод, питавшихся C. acnes, не отличалась от контрольной группы. Гены nsy-1, sek-1 и pmk-1 относятся к сигнальному каскаду p38 MAPK, и, судя по всему, именно этот каскад отвечает за устойчивость C. elegans к золотистому стафилококку.

Тот факт, что C. acnes оказывает влияние на иммунную систему нематоды, заставляет пересмотреть взгляд на роль кожной микробиоты в поддержании здоровья хозяина. До настоящего момента большая часть исследований фокусировалась на микрофлоре кишечника, однако данная работа может положить начало изучению пробиотиков наружного применения, которые, в отличии от привычных нам капсул с бактериями, можно будет не глотать. 

Роли бактерий-симбионтов в поддержании здоровья посвящено много исследований. Например, та же самая C. acnes обнаружена в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера, а по видовому составу кишечной микробиоты можно предсказать эффективность растительной диеты.

Наталья Кондратенко