Болезнетворная кишечная палочка получает преимущество при ВЗК, используя аминокислоту L-Серин

Диетический L-Серин дарует конкурентное преимущество для болезнетворной кишечной палочки в воспаленной кишке

Исследователи описывают, как плохие бактерии получают преимущество перед хорошими бактериями при ВЗК, и как диета может изменить это.

Одна из наиболее распространенных форм воспалительного заболевания кишечника (ВЗК), называемая болезнью Крона, характеризуется воспалением в пищеварительном тракте и может привести к сильной диарее, боли и потере веса. Причины ВЗК до сих пор остаются загадкой, но ученые теперь знают, что микробиом кишечника, состоящий из триллионов бактерий, является ключевым игроком в этой патологии.

В новой статье в Nature Microbiology исследователи из медицинского центра Michigan Medicine Мичиганского Университета (США) описывают, как вредные бактерии начинают преобладать над хорошими при ВЗК и как изменение диеты, может изменить данную ситуацию. «Те же бактерии присутствуют в здоровых и воспаленных желудочно-кишечных трактах», - говорит доктор философии Нобухико Камада (Nobuhiko Kamada), доктор медицинских наук, заведующий отделом гастроэнтерологии департамента внутренней медицины. «Они просто меняют своих конкурентов. Мы задались вопросом, что за механизм стоит за этим?»

Хотя кишечная палочка E. coli, печально известная бактерия, стоящая за многими случаями пищевого отравления, присутствует в нормальном здоровом кишечнике, болезнетворная форма этой бактерий способна превзойти своих более доброкачественных собратьев, когда кишечник воспален. В более ранней работе в рамках Мичиганского проекта микробиома команда Камады показала, что плохая версия E. coli обычно контролируется хорошей E. coli и другими полезными бактериальными видами через метаболизм углеводов, предпочтительный источник питательных веществ для E. coli. Однако при воспалении количество хороших видов бактерий уменьшается, оставляя меньше доступного сахара для использования и роста кишечной палочки. Тем не менее, болезнетворные кишечные палочки по-прежнему способны взять верх.

Команда предположила, что плохая кишечная палочка (в частности, исследовалась Escherichia coli LF82) должна изменить свои диетические предпочтения с сахара на что-то другое, что даст ей преимущество над другими бактериями. На самом деле, эксперименты с мышиными моделями ВЗК показали, что плохая кишечная палочка развила вкус к аминокислотам, особенно L-серину (на gif слева модель молекулы серина), когда их среда была воспалена. Иными словами, воспаление кишечника перепрограммирует метаболические пути энтеробактерий, таких как Escherichia coli LF82, в кишечнике, чтобы приспособиться к воспалительной среде. В результате кишечная палочка меняет свой метаболизм для катаболизации L-серина в воспаленной кишке, чтобы максимизировать его ростовый потенциал. «Мы обнаружили, что патогенная кишечная палочка имеет повышенные гены для метаболизма серина», - сказал первый автор исследования Шо Китамото (Sho Kitamoto), научный сотрудник лаборатории Камады. Кроме того, команда смогла контролировать чрезмерный рост, скармливая мышам с ВЗК диету с низким содержанием Серина.

Концентрация люминального L-Серина в значительной степени зависит от приема пищи. Соответственно, отказ от аминокислот в рационе заметно снижает их доступность в просвете кишечника. Следовательно, вызванное воспалением цветение E. coli LF82 значительно притупляется, когда аминокислоты, в частности L-серин, удаляются из рациона. Таким образом, способность катаболизировать L-Серин обеспечивает E. coli LF82 преимущество в росте по сравнению с конкурентами в воспаленной кишке.

Вместе эти данные намекают на возможный механизм борьбы с вредными бактериями с помощью питания. «Конечно, мы могли бы использовать антибиотики для уничтожения вредных бактерий», - говорит Камада. «Но кишечная микробиота играет полезную роль для биологии хозяев, а антибиотики убивают хороших «парней» вместе с плохими «парнями»».

P.S. Предполагается, что отказ от потребления продуктов, богатых серином в стадии ремиссии, поможет снизить концентрацию E.coli, усугубляющей ВЗК. К таким продуктам, в частности, относятся яйца, соя и др.

Источник: Материалы представлены Michigan Medicine - University of Michigan. 

Статья в журнале: Sho Kitamoto, Nobuhiko Kamada, et. al. Dietary l-serine confers a competitive fitness advantage to Enterobacteriaceae in the inflamed gut. Nature Microbiology, 2019