Болезнетворные бактерии готовы терпеть запах ради еды

Преимущества инфекции, опосредованные хемотаксисом, в присутствии фекальных эффекторов. Автор: (2025). DOI: 10.7554/eLife.106261

Бактерии, вызывающие кишечные инфекции, обычно избегают вонючего химического вещества — того, что может убить их при достаточно высоких концентрациях — внутри человеческого кишечника. Однако новое исследование показывает, что они могут активно плыть к нему, если за этим стоит сытный «обед».

«Представьте, что вы совершили долгое путешествие и умираете от голода, — говорит Арден Бэйлинк, доцент Университета штата Вашингтон. — Вы ищете место, чтобы поесть, но обнаруживаете толпу людей и очередь на улице. К тому же, толпа агрессивна и довольно вонюча. Перед вами дилемма: стоит ли остаться, чтобы поесть, или лучше уйти?»

Именно такую проблему решают болезнетворные бактерии, такие как сальмонелла, перемещаясь по нашему пищеварительному тракту, согласно новому исследованию лаборатории Бэйлинка. Работа, опубликованная в журнале eLife, проливает свет на то, как патогенные бактерии принимают подобные решения. Это открытие может помочь ученым разработать новые лекарства для профилактики и лечения кишечных инфекций.

«Вонючий» химикат — это индол, который придает фекалиям характерный запах. Его производят полезные бактерии микробиоты, живущие в кишечнике. В высоких концентрациях индол способен убивать патогенные бактерии.

Бэйлинк и Кайли Франко, аспирантка лаборатории, решили изучить этот феномен с помощью специально разработанного микроскопа, записывающего видео плавающих бактерий. Патогены обладают встроенной навигационной системой — хемотаксисом, который работает как «обоняние», позволяя бактериям плыть к питательным веществам и избегать вредных химикатов, таких как индол.

Ранние исследования показали, что кишечная палочка Escherichia coli использует хемотаксис, чтобы уплывать от индола. Это навело ученых на мысль, что микробиота защищает человека, выделяя индол, который отпугивает патогены. Однако предыдущие эксперименты проводились только с чистым индолом, без добавления питательных веществ, которые присутствуют в кишечнике.

Бэйлинк и Франко смоделировали кишечную среду, смешав питательные вещества (аминокислоты и сахара) с различными концентрациями индола. С помощью микроскопа они записали, как бактерии реагируют на эти смеси.

«Сначала мы увидели то же, что и другие. Сальмонелла уплывает от чистого индола, без вопросов, и очень быстро. За 10 секунд бактерии исчезают», — говорит Бэйлинк.

Но ситуация изменилась, когда индол смешали с питательными веществами — бактерии стали притягиваться.

Степень притяжения зависела от концентрации индола: чем его меньше, тем сильнее бактерии стремились к питательной среде. Однако даже при высоких уровнях индола бактерии всегда проявляли хотя бы слабый интерес и никогда полностью не избегали смеси.

Эта закономерность подтвердилась для нескольких патогенов, включая разные штаммы Salmonella enterica, Escherichia coli, Citrobacter koseri и Enterobacter cloacae — бактерий, способных вызывать опасные кишечные инфекции. Проблема усугубляется ростом антибиотикорезистентности.

Команда также проверила, предотвращает ли индол заражение сальмонеллой кишечной ткани, но не обнаружила такого эффекта.

Исследование открывает новый взгляд на то, как бактерии заражают кишечник и вызывают болезни. Индол — это не просто вещество, которого они избегают, а важный сигнал.

«Индол указывает им, где находятся их конкуренты — микробиота. Бактерии могут использовать эту информацию, чтобы плыть в регионы, где конкуренция слабее, а питательных веществ больше», — объясняет Бэйлинк.

В работе также участвовали исследователи из Университета Орегона: Майкл Дж. Хармс, Зеалон Джентри-Лир и Майкл Шавлик.

Это открытие может привести к новым методам лечения антибиотикорезистентных инфекций и сепсиса, блокируя способность бактерий «чувствовать» окружающую среду.

«Мы благодарны налогоплательщикам, которые поддерживают наши исследования, позволяя углублять понимание бактериальных заболеваний и разрабатывать новые методы лечения», — добавил Бэйлинк.

Дополнительная информация: Kailie Franco et al, Navigating contradictions: Salmonella Typhimurium chemotactic responses to conflicting effector stimuli, eLife (2025). DOI: 10.7554/eLife.106261

Источник: Washington State University