Пищевые соединения могут вызывать образование полезных фагов

Обычные продукты могут помочь «пейзажу джунглей» нашего кишечного микробиома

На фото: молекулярный биолог Лэнс Болинг (слева) работал в лаборатории микробиолога Фореста Роуэра по идентификации пищевых продуктов, которые могли бы помочь "лепить" микробиом кишечника. Фото: Scott Hargrove

Диетические индукторы профагов и антимикробные препараты: к «озеленению» микробиома кишечника человека

Такие продукты, как мед, солодка, орегано и острый соус, обладают антимикробным эффектом, и некоторые из них вызывают выработку фагов в нашем кишечнике. Согласно новым исследованиям, мы можем использовать соединения в этих продуктах для борьбы с вредными микробами и сбалансировать микробное разнообразие в кишечном микробиоме.

Исследователи из Университета штата Сан-Диего нашли новый способ использовать пищу как лекарство, который имеет далеко идущие последствия для контроля вредных микробов в нашем кишечнике, и в то же время уравновешивает разнообразие микроорганизмов, стимулируя рост полезных бактерий.

Продукты, которые мы едим, обычно влияют на нашу микробиоту кишечника. Новые исследования показывают, что они делают это, вызывая производство бактериофагов - вирусов, которые заражают и размножаются внутри бактерий. Соединения в этих продуктах оказывают антимикробное действие, которое вызывает размножение фага.

Исследователи начали с определения того, какие продукты являются антимикробными, а затем проанализировали их, прежде чем сузить их до краткого списка. Исследуя кривые роста бактерий, они обнаружили, что, хотя бактерии размножаются с течением времени, в конечном итоге их численность достигает эффекта «плато», т.е. застоя. Однако, если активируются фаги, рост бактерий полностью прекращается, и их количество резко падает, пока они не истощаются.

Тестированные продукты, которые оказывали антимикробное действие, включали в себя мед, солодку, стевию (заменитель сахара, полученный из растения стевии), подсластитель аспартам, острый соус, травы, такие как орегано, специи, такие как корица и гвоздика, ревень, ува урси (толокнянка обыкновенная или медвежья ягода), и экстракт нима. Исследователи также проверили зубную пасту, поскольку она содержит антимикробные соединения. Из них мед, стевия, аспартам, ним и урва урси оказали наибольшее влияние на запуск производства фагов.

Рисунок 1. Индукция вирусоподобных частиц (VLP) экспериментальными соединениями, обнаруженными методом проточной цитометрии. VLP индуцировали в B. thetaiotaomicron, E. faecalis и S. aureus, отдельно инкубированных с 28 соединениями, и рассчитывали процентную разницу в содержании VLP относительно контролей, в которых не было добавлено ни одного соединения. Сплошные линии внутри ячеек представляют отклонения от 0 разницы (пунктирная вертикальная линия через столбцы).

«Микробиом состоит из сотен различных бактерий и фагов, которые они принимают», - сказал Лэнс Болинг (Lance Boling), молекулярный биолог и научный сотрудник SDSU. «Мы действительно могли бы справиться с определенными условиями, регулируя продукты, которые мы потребляем, что повлияет на микробное разнообразие, которое, в свою очередь, повлияет на здоровье и болезни».

«Мы также обнаружили, что некоторые продукты являются ингибиторами фагов и могут использоваться для борьбы с патогенными вирусами», - добавил Болинг. Лэнс Болинг работает над исследованием микробиома в лаборатории Роуэра.

Наш кишечный микробиом может влиять на когнитивные способности, обмен веществ, увеличение или снижение веса, наше настроение и даже вызывать депрессию. Это также может вызвать воспаление, которое может привести к раку, диабету, болезни Крона и синдрому раздраженного кишечника. При тщательном анализе и планировании пища может использоваться в качестве лекарственного средства для устранения дисбаланса.

«Это показывает, что мы можем лепить микробиом кишечника человека с помощью обычных диетических соединений», - сказал Форест Роуэр (Forest Rohwer), микробный эколог SDSU и пионер исследований вирусологии. «Способность убивать определенные бактерии, не затрагивая других, делает эти соединения очень интересными».

Выявление триггеров фагов

Когда фаги размножаются, они убивают клетку хозяина и выходят в окружающую среду, что может привести к каскадному эффекту, когда они заражают бактериальные клетки вокруг них. Каждая бактериальная клетка, которая взрывается - когда фаг растет внутри нее - может иметь сотни новых фагов, которые появляются. Когда они высвобождаются в микробиоме, если там присутствует больше бактерий, они будут продолжать заражать бактерии.

«Существует не так много известных химических триггеров, и мы хотели найти эти индукторы «профагов» - или то, что заставляет фаговую ДНК отделяться и размножаться», - сказал Болинг.

После того, как исследователи выбрали продукты с известными и предполагаемыми антимикробными эффектами, они затем выбрали бактерии, представляющие два основных типа кишечника, Bacteroidetes и Firmicutes, включая штаммы патогенных, а также полезных бактерий. Они сократили количество пищевых соединений до 28 из 117 кандидатов, на которых они провели анализ индукции профагов. Для сравнения наблюдался рост бактерий с пищевыми соединениями и без них. Образцы обрабатывали с использованием проточной цитометрии, чувствительного метода обнаружения частиц, столь же крошечных, как вирусы.

Будущие приложения

В то время как другие исследования были сосредоточены на увеличении количества терапевтических фагов, это исследование идет дальше, чтобы исследовать восстановительное действие 117 обычно потребляемых продуктов питания, химических добавок и растительных экстрактов на рост и способность производства фагов обычных бактерий кишечника.

Этот редуктивный (восстановительный) подход «сродни выдергиванию сорняков из сада, чтобы у более желательных растений было место для роста», - объяснил Болинг, отсюда и термин «озеленение» кишечника.

И наоборот, чрезмерное потребление антимикробных продуктов широкого спектра действия может способствовать тем же метаболическим состояниям, которые коррелируют с низким разнообразием кишечника и которые могут быть вызваны приемом антибиотиков. Правильное понимание и использование этих пищевых соединений может помочь в лечении или профилактике состояний, связанных с дисбалансом кишечника, и способствовать общему здоровью.

«Мы рады найти больше индукторов профагов и определить молекулярные механизмы, с помощью которых они работают», - сказал Роуэр. «Вероятно, существуют тысячи соединений, которые были бы полезны для устранения нежелательных бактерий».

Исследователи рекомендуют, чтобы пищевые продукты, являющиеся индукторами профагов, были дополнительно изучены, чтобы выяснить их молекулярные механизмы. Хотя важность фагов и тот факт, что они являются наиболее плодовитым биологическим организмом в биосфере, хорошо известны, мало что известно о триггерах, которые заставляют бактерии производить фаги и выпускать их в окружающую среду. Выяснение этих механизмов будет способствовать дальнейшему пониманию того, как бактерии и фаги формируют экосистемы, которые они населяют.

Это исследование финансировалось Национальным институтом здоровья.

Источник: Материалы прелоставлены San Diego State University.

Статья в журнале: Lance Boling, Forest Rohwer et al. Dietary prophage inducers and antimicrobials: toward landscaping the human gut microbiome. Gut Microbes, 2020; 1

См. дополнительно: Фаготерапия при желудочно-кишечных заболеваниях

См. отдельно:

• Бактериофаги против бактерий
• Бактериофаги (из раздела "Основы микробиологии. Микроорганизмы")
• Пищевые соединения могут вызывать образование полезных фагов
• Бактериофаги могут быть причастны к задержке роста у детей
• Обнаружен вирус, который охотится на бактериоидов (Bacterioides)