Механизм защиты микрофлоры кишечника

Как работает механизм защиты микрофлоры кишечника?

О борьбе организма с инфекциями, голодании в период заболеваний и сахаре, питающем микробы

В журнале Nature была опубликована статья  об исследовании особого типа сахара, который "защищает" кишечные микробы во время инфекции. В работе, проведенной под руководством Александра Червонского из Университета Чикаго, представлены результаты, которые указывают на то, что млекопитающие (работа делалась на мышах) способны «поддерживать» и «подкармливать» микробов, обитающих в их тонком кишечнике, во время инфекций или стресса.

Известно, что многие инфекционные заболевания и стрессы подавляют аппетит. Такого рода физиологическая реакция полезна, так как позволяет организму лучше бороться с инфекцией. С другой стороны, потеря аппетита приводит к тому, что микробы, живущие в нашем пищеварительном тракте, не получают пищи. Микробов этих великое множество, и они совершенно необходимы для нормальной жизни, потому что выполняют широкий ряд «полезных» с точки зрения организма функций.

В работе, опубликованной в Naturе, Червонский с коллегами показывают, что во время инфекции организма клетки, выстилающие просвет тонкого кишечника, выводят на свою поверхность молекулы особого сахара — фукозы (см. рис. вверху).

Фукоза (L-фукоза) - редкий моносахарид, содержащийся в большом количестве в водорослях, грибах, семенах и других продуктах питания. Наиболее доступными природными источниками фукозосодержащих полисахаридов служат водоросли родов Fucus и Laminaria.

Фукоза не является источником энергии для клеток млекопитающих, но микробы активно используют ее как пищу. Оказывается, что нормальные кишечные микробы употребляют преподнесенную им во время инфекции фукозу для питания. Это позволяет им пережить голодные времена, когда поступление пищи ограничено и идет активная борьба с инфекцией.

Когда инфекцию удается побороть, поверхностные молекулы фукозы исчезают, и кишечные микробы переходят к нормальной жизни, занимаясь различными полезными делами, в частности обеспечивая скорейшее восстановление от перенесенной инфекции, помогая нам эффективно переваривать пищу.

В работе очень элегантно показано, что мыши, способные помещать молекулы фукозы на поверхность клеток эпителия кишечника, не только лучше сохраняют нормальную микрофлору, но и быстрее набирают вес после выздоровления от экспериментальной инфекции. Такой разницы не наблюдается у специальных «стерильных» мышей, не имеющих собственной микрофлоры, или у мышей, пролеченных антибиотиками перед экспериментальной инфекцией и, следовательно, тоже не имеющих нормальной микрофлоры.

Исследование показало, что при различных заболеваниях, мыши начинают отказываться от еды. И такое действие способствует выделению активных ингредиентов, способствующих росту полезных бактерий в кишечнике. Одновременно отказ от еды лишает патогенны питательных веществ также, как и полезные бактерии. Однако в момент заболевания и голодания организм начинает вырабатывать в повышенных количествах L-фукозу, которая является не только энергией для клеток, но и питательной средой для полезных микроорганизмов в кишечнике. Когда мыши были здоровы, у них почти не наблюдалась L-фукоза в кишечном тракте. Ученые заблокировали ген Fut2, который контролирует производство L-фукозы организмом и мыши с блокированным геном больше болели и длительнее восстанавливались после заболевания.

Таким образом, установлена причинно-следственная связь между появлением фукозы на поверхности клеток, выстилающих тонкий кишечник, сохранением нормальной микрофлоры в условиях голодания, вызванного инфекцией, и скоростью реконвалесценции после инфекции. Более того, оказывается, что «кормление» нормальных микробов фукозой подавляет активность потенциально опасных генов патогенности, которые имеются у нормальных микробов и работа которых может навредить ослабленному инфекцией организму.

Эта работа, а также множество других подобных работ, которые появились в течение последнего года, позволяют нам по-новому взглянуть на роль живущих в нас и на нас микробов. Эволюция «работает» не на изолированных животных или их популяциях, как считалось до недавнего времени, а на «консорциумах» между макроорганизмом (например, человеком) и живущими в нем микробами. Самыми жизнеспособными оказываются наименее конфликтные комбинации макроорганизмов и микроорганизмов, где они помогают друг другу и заботятся друг о друге, когда это необходимо. Именно такие комбинации и закрепляются отбором.

Около 20% людей генетически не способны синтезировать фукозу, и такие люди имеют повышенную вероятность возникновения ряда инфекционных заболеваний, а также развития болезни Крона. А некоторые исследования полагают, что L-фукоза играет основополагающую роль в коммуникации нервных клеток и долгосрочного хранения памяти.

Возможным практическим выходом из этой работы могло бы быть стимулирование нормальных кишечных микробов фукозным «подкормом» в условиях инфекции или длительного лечения антибиотиками. И конечно нельзя забывать о комплексной пробиотической коррекции, оказывающей иммуномодулирующее действие и повышающей уровень противоинфекционной защиты.

Источник: Nature

на заметку

Обнаружено новое свойство фукозы в борьбе против меланомы и ее метастазирования

Недавно ученые выяснили: если вмешаться в метаболизм L-фукозы, то возможно затормозить распространение меланомы.

Меланома – это злокачественная опухоль, которая поражает кожу. Данное заболевание, как правило, развивается из клеток меланоцитов, которые ответственны за выработку пигмента меланина.

Изменение концентрации L-фукозы на некоторых клетках уже связывали с раком желудка и груди. Оказалоссь, что нехватка L-фукозы на клетках меланомы делала эти клетки менее клейкими и более мобильными (легче разносятся по телу и образуют метастазы).

Ученые при опытах на мышах, болеющих меланомой, смогли увеличить фукозилацию (fucosylation) либо путем добавления L-фукозы в питьевую воду, или путем генетических манипуляций. Оба метода привели к подавлению роста основной опухоли и ее метастазов.

"У многих пациентов развивается резистентность к лекарственным препаратам против меланомы. Если мы можем добавить что-то вроде L-фукозы, чтобы усилить терапию, то это очень положительная информация, и это то, чем мы сегодня активно интересуемся", - сказал один из авторов исследования, Эрик Лау, доктор философии, который расширяет исследования о роли L-фукозы в лечении меланомы в онкологическом центре Моффитт в городе Тампа (США).

Источник: Stke.sciencemag.org