Бактерии кишечника управляют иммунным ответом, впрыскивая белки в клетки человека

Бактерии в кишечнике человека могут напрямую доставлять белки в человеческие клетки, активно формируя иммунные реакции. Ранее неизвестный механизм коммуникации между кишечными бактериями и клетками человека обнаружил консорциум под руководством исследователей из Helmholtz Munich с участием Мюнхенского университета имени Людвига и Максимилиана, Университета Экс-Марсель, Inserm и международных партнёров. Открытие раскрывает новый способ влияния микробиома кишечника на организм и может помочь объяснить, как изменения в бактериях способствуют воспалительным заболеваниям, таким как болезнь Крона.

Хотя связь между микробиомом кишечника человека и иммунными, метаболическими и воспалительными расстройствами известна давно, большая часть доказательств была корреляционной, а молекулярные механизмы оставались неясными.

«Наша цель — лучше охарактеризовать некоторые базовые процессы того, как кишечные бактерии влияют на биологию человека», — говорит Вероника Янг, первый автор исследования вместе с Бушрой Дохей. — «Систематически картировав прямое взаимодействие белков бактериальных и человеческих клеток, мы теперь можем предложить молекулярные механизмы, стоящие за этими ассоциациями».

Системы впрыскивания белков у бактерий здорового кишечника

Исследование показывает, что многие безвредные, обычные кишечные бактерии обладают системами секреции III типа — микроскопическими, похожими на шприц структурами, которые могут впрыскивать бактериальные белки прямо в клетки человека. До сих пор считалось, что такие системы существуют только у патогенных бактерий, таких как сальмонелла.

«Это фундаментально меняет наш взгляд на комменсальные бактерии, — говорит профессор Паскаль Фальтер-Браун, директор Института сетевой биологии Helmholtz Munich. — Это показывает, что эти непатогенные бактерии — не просто пассивные жители, они могут активно манипулировать человеческими клетками, вводя в них свои белки».

Картирование «общения» бактерий с клетками человека

Чтобы понять, что делают эти бактериальные белки в клетках человека, исследователи картировали более тысячи взаимодействий между бактериальными эффекторными белками и человеческими белками, создав крупномасштабную сеть взаимодействий. Анализ показал, что бактериальные белки предпочтительно воздействуют на человеческие пути, вовлечённые в иммунную регуляцию и метаболизм.

Дальнейшие лабораторные эксперименты подтвердили, что эти белки могут модулировать ключевые иммунные сигнальные пути, включая NF-κB и цитокиновые ответы. Цитокины — это сигнальные молекулы, которые помогают координировать работу иммунной системы и предотвращать чрезмерные реакции, ведущие к аутоиммунным заболеваниям. Например, подавление активности цитокина фактора некроза опухоли (TNF) — широко используемое лечение болезни Крона.

Связь с воспалительными заболеваниями кишечника

Исследователи также обнаружили, что гены, кодирующие эти бактериальные эффекторные белки, обогащены в микробиомах кишечника пациентов с болезнью Крона. Это говорит о том, что прямая доставка белков от кишечных бактерий к клеткам человека может способствовать хроническому воспалению кишечника, предоставляя потенциальное механистическое объяснение ранее наблюдаемым связям микробиома с болезнями.

Новый взгляд на взаимодействие микробиома и хозяина

Выявив ранее нераспознанный молекулярный слой взаимодействия между кишечными бактериями и иммунной системой человека, исследование продвигает наше понимание того, как микробиом влияет на клетки, смещая фокис исследований от корреляции к причинно-следственной связи. Оно также поднимает интригующие вопросы, например, эволюционировали ли эти системы впрыскивания в первую очередь для патогенных целей или изначально поддерживали комменсальное сосуществование, а позже были заимствованы патогенами.

Будущие исследования будут направлены на определение того, как индивидуальные взаимодействия бактериальных эффекторов с клетками хозяина функционируют в конкретных тканях и при определённых заболеваниях, с целью перевода этих знаний в более точные стратегии профилактики и лечения болезней.