Вирусы долгожителей заставили кишечные бактерии вырабатывать больше сероводорода

В виромах (вирусном сообществе) кишечника японских долгожителей нашли новые вирусные роды: большинство из них оказалось фагами, ассоциированными с клостридиями. Как сообщается в журнале Nature Microbiology, переносимые фагами гены влияли на метаболизм серы и повышали уровень превращения метионина в гомоцистеин, а сульфатов и таурина — в сульфиды, в том числе и в сероводород. Газ, вероятно, помогает долгожителям поддерживать устойчивость к патогенным микроорганизмам.

Известно, что микробиом кишечника у долгожителей значительно отличается от микробиома молодых людей и людей средних лет составом и уровнем метаболизма (например, отмечается увеличение синтеза вторичных желчных кислот). Считается, что такие изменения регулируют функцию кишечника, защищая его от инфекции. Однако остается неизвестным, какую роль в возрастных изменениях микробиома играют вирусные сообщества кишечника, или виром. Особый интерес в этом вопросе представляют вирусы бактерий — бактериофаги, — поскольку с их помощью происходит горизонтальный перенос генов — трансдукция.

Однако некоторые бактериофаги обладают литической активностью, то есть они могут разрушать бактериальную клетку. Известно, что провоспалительные цитокины запускают литические циклы фагов, которые могут поддерживать воспаление и вести к старению тканей. Чтобы выяснить, как меняется литическая активность вирома с возрастом, Дамиан Плихта (Damian Plichta) из Института Брода изучил вирусные и бактериальные сообщества кишечника японских долгожителей, пожилых людей (старше 60 лет) и молодых взрослых (старше 18 лет).

Сначала ученые охарактеризовали вирусные сообщества кишечника долгожителей — их виром. С помощью метагеномного биннинга и поиска провирусов в бактериальных метагеномах они проанализировали виром 172 долгожителей (сто лет и старше), 133 пожилых людей и 61 молодого взрослого. В целом из 4422 найденных вирусных родов для 1746 ученым не удалось найти существующие эталоны в базах данных вирусных геномов. Несколько статистических моделей показали значимое различие в составах виромов между долгожителями и контрольными группами.

Большинство новых таксонов отнесли к фагам, специфичным для клостридий, а точнее для рода Ruminococcus. 483 таксона оказались специфичными для долгожителей (их нашли у 94 процента долгожителей). В частности у долгожителей по сравнению с контрольными группами в вироме преобладали таксоны фагов, ассоциированных с Clostridium scindens, Akkermansia muciniphila, Enterocloster bolteae и Parabacteroides distasonis. При этом у них было меньше вирусов, специфичных для Bacteroides и Faecalibacterium.

С помощью подсчета соотношения между фагами и бактериями ученые выяснили, что у долгожителей виром смещается в сторону повышенной литической активности по сравнению с более молодыми людьми. Однако маркер воспаления — С-реактивный белок — у долгожителей в крови не повышался, а значит и литическая активность вирусов не приводила к воспалению в кишечнике. Исследователи предположили, что соотношению вирусов и бактерий в микробиоме может повышаться за счет лизиса конкретных бактерий.

Кроме того, ученые выяснили, что благодаря трансдукции в бактериальном пангеноме долгожителей преобладают гены, ответственные за превращение метионина в гомоцистеин, а сульфата и таурина — в сульфид. То есть у долгожителей микробиом обладал большим потенциалом для выработки гомоцистеина и сероводорода, который обладает защитными свойствами: он снижает риск заселения слизистой оболочки аэробными патогенными бактериями.

Это исследование привносит новые знания о сложных вирусно-бактериальных взаимоотношениях в кишечных микробиомах долгожителей, которые могут помочь в поиске механизмов здорового старения. Кроме того, эти знания могут помочь в разработке методов коррекции нарушенного гомеостаза микробиома кишечника.

По микробиому кишечника можно узнать не только возраст человека, но и чем он страдает. Например, ученые обнаружили, что у больных шизофренией и депрессией крайне схоже меняются бактериальные сообщества.