Бактерии в носу конкурируют за биотин, сдерживая рост опасных стафилококков

Потенциально опасные стафилококки конкурируют с другими бактериями за биотин в полости человеческого носа. Это может предложить новую точку воздействия в борьбе с вредными бактериями.

В наших носах обитает сообщество микроорганизмов — одни опасные, другие безвредные. Особенно печально известна бактерия Staphylococcus aureus. Некоторые штаммы выработали устойчивость к антибиотикам, и вызываемые ими тяжелые инфекции в некоторых случаях уже не поддаются лечению. Это делает бактерию одним из страшных «больничных микробов».

Около трети людей являются носителями S. aureus и, следовательно, носят в носу патогенную бактерию, способную вызывать инфекции. Однако то, насколько комфортно она себя там чувствует, во многом зависит от её более безобидных соседей, так называемых комменсалов. Эти непатогенные бактерии могут оказывать как стимулирующее, так и подавляющее влияние на рост S. aureus.

Как бактерии конкурируют за биотин

Исследование, опубликованное в The ISME Journal, показывает, что конкуренция играет важную роль в бедной питательными веществами среде человеческого носа.

«Между S. aureus и назальными комменсалами идет активная борьба за витамин биотин, которая влияет на приспособленность S. aureus», — говорит Саймон Хайльброннер, профессор микробиологии в Биоцентре Университета Людвига-Максимилиана и ведущий ученый исследования. Инфекционный биолог и его команда изучали, какие молекулярные механизмы лежат в основе взаимодействий между S. aureus и его комменсалами.

Биотин жизненно важен для всех организмов, поскольку действует как кофактор для ферментов. Это делает его незаменимым для различных метаболических путей, включая глюконеогенез, синтез жирных кислот и расщепление аминокислот. Человеческий организм не может производить этот витамин самостоятельно и должен получать его с пищей, из-за чего его концентрация в тканях обычно остается низкой.

«Наши результаты показывают, что биотин доступен в очень ограниченном количестве в носовой полости и что его дефицит ухудшает рост и функциональность клеточной мембраны S. aureus», — поясняет Хайльброннер.

Последствия для борьбы с инфекциями

Хотя бактерия, как и некоторые из её комменсалов, может сама производить биотин, его синтез требует много энергии. Кроме того, определенное количество витамина постоянно теряется непроизвольно из-за процессов в клеточной мембране.

«Все исследованные назальные бактериальные штаммы, следовательно, обладают очень эффективными молекулярными механизмами для поглощения витамина» — решающий фактор, вызывающий конкуренцию за этот ценный и сильно ограниченный ресурс.

Кроме того, некоторые бактерии — особенно коагулазонегативные стафилококки — сильно зависят от соседей, способных производить биотин, поскольку сами полностью лишены возможности биосинтеза. Соответственно, они питаются за счет производства других и сокращают количество доступного биотина в назальной среде.

«Мы смогли продемонстрировать, что биотин сильно влияет на взаимодействия между видами микробиома человеческого носа и способствует как конкуренции, так и взаимным зависимостям», — говорит Хайльброннер.

«Несмотря на свою способность самостоятельно производить биотин, S. aureus нуждается в его поступлении из окружающей среды для оптимального роста, и присутствие комменсалов, конкурирующих за тот же ресурс, таким образом, замедляет рост патогена».

Это представляет возможную точку воздействия в борьбе с мультирезистентными микробами. «Ученые могли бы целенаправленно разрабатывать пробиотики, состоящие из комменсалов, которые не поставляют биотин для S. aureus, а конкурируют за него. Альтернативно, они могли бы использовать новые лекарства, блокирующие синтез или потребление биотина. В случае успеха такие стратегии вытеснили бы S. aureus из носа и снизили риск заражения».

Больше информации: Kevser Bilici et al, Competitive fitness of Staphylococcus aureus against nasal commensals depends on biotin biosynthesis and acquisition, The ISME Journal (2025). DOI: 10.1093/ismejo/wraf248

Источник: Ludwig Maximilian University of Munich