E. coli подслушивает соседние бактерии, чтобы стабилизировать разнообразие кишечника

Стабильность микробиома кишечника человека зависит от взаимодействия между различными видами бактерий. Однако конкретные молекулярные механизмы этих взаимодействий, особенно среди недоминантных видов, остаются в значительной степени неизученными. В новом исследовании исследовательская группа из Университета Хосэй, Япония, обнаружила такое взаимодействие, при котором Escherichia coli обнаруживает метаболиты Bifidobacterium посредством специального сенсорного механизма, образуя недоминантную коммуникационную сеть. Это открытие помогает объяснить, как поддерживается разнообразие кишечного микробиома.

Наш кишечник содержит микроскопический мир, называемый кишечным микробиомом, изобилующий сотнями видов бактерий и триллионами бактерий. Эти микроорганизмы влияют на многие аспекты нашего здоровья, включая пищеварение, и помогают выполнять многочисленные функции организма. Кишечные бактерии конкурируют за ограниченные питательные вещества, доступные в их среде, а также взаимодействуют друг с другом таким образом, что могут влиять на стабильность микробного сообщества.

Однако предыдущие исследования в основном были сосредоточены на том, какие бактерии присутствуют и в каком количестве, в то время как конкретные молекулярные механизмы, лежащие в основе их взаимодействия и коммуникации, во многом оставались загадкой. Более того, исследования динамики кишечной микробиоты также часто фокусируются на доминирующих группах бактерий, оставляя взаимодействия между менее распространенными видами относительно неизученными. Персистенция этих недоминантных бактерий предполагает, что они могут участвовать в специализированных метаболических взаимодействиях, которые помогают им занимать определенные ниши.

Чтобы изучить этот вопрос, исследовательская группа под руководством профессора Канеоши Ямамото из отдела передовых биологических наук и научно-исследовательского института микронанотехнологий Университета Хосэй, Япония, исследовала взаимодействие между кишечная палочка (кишечная палочка) и Бифидобактериядве недоминирующие группы бактерий, обитающие в нашем кишечнике. “Традиционно исследования кишечника в основном были сосредоточены на обнаружении различных видов бактерий в нашем кишечнике. Однако мы были очарованы социальной жизнью этих бактерий.” объясняет профессор Ямамото. “Мы сосредоточились на кишечной палочке и бифидобактериях, которые являются двумя миноритарными видами в нашем кишечнике. В этом исследовании мы открыли новый механизм, с помощью которого одна бактерия обнаруживает метаболическую активность другой.Их выводы были опубликованы в 16 томе журнала. Научные отчеты 25 августа 2026 г.

Бифидобактерия виды являются полезными кишечными бактериями, известными своей способностью расщеплять сложные углеводы, такие как олигосахариды женского молока (HMO). Во время этого процесса они выделяют различные побочные продукты метаболизма в окружающую среду. Исследователи обнаружили, что кишечная палочка могут обнаружить определенные молекулы среди этих продуктов с помощью специализированных сенсорных систем. Таким образом, кишечная палочка может получить информацию о метаболической активности соседней бактерии по химическим следам, которые она оставляет после себя, и соответствующим образом подготовить свой собственный метаболизм. Авторы назвали это явление «метаболическим подслушиванием».

Чтобы идентифицировать эти сенсорные пути, исследователи проверили 54 различные транспортные системы, соответствующие 61 источнику углерода, используемому организмом. кишечная палочка. Они обнаружили, что он использует сенсорные системы Uhp и Idn для мониторинга сложного коктейля метаболических следов, выделяемых Бифидобактерия. В частности, система Uhp представляет собой хорошо известную двухкомпонентную систему, предназначенную для обнаружения и транспорта особого класса молекул, называемых гексозофосфатами, в частности глюкозо-6-фосфатом (G6P).

Чтобы лучше понять это взаимодействие, исследователи сосредоточились на системе Uhp. кишечная палочка. Эксперименты показали, что система Uhp активируется только метаболитами, выделяемыми Бифидобактерия и не по Бактероиды виды, которые доминируют в микробиоме кишечника. Это говорит о том, что гексозофосфаты, включая G6P, запускающие систему Uhp, не являются просто универсальными побочными продуктами бактериального метаболизма, а специфически высвобождаются Бифидобактерия.

Чтобы подтвердить, что G6P является основной сенсорной молекулой в Бифидобактерия-производные метаболиты, исследователи затем применили инновационный метод кинетического улавливания. Они лечили Бифидобактерия-кондиционированная среда, содержащая как быстродействующую форму фермента дегидрогеназы G6P, так и более медленнодействующий вариант того же фермента. Быстродействующий фермент по существу метаболизирует сигналы G6P, значительно снижая сенсорную активность Uhp по сравнению с медленнодействующим ферментом, что дает убедительные доказательства того, что G6P является основной чувствительной молекулой. Исследователи также обнаружили, что Бифидобактерия последовательно высвобождает G6P при метаболизме различных сахаров, что указывает на то, что это универсальный сигнал, связанный с Бифидобактерия метаболизм.

Примечательно, что исследователи предполагают, что, поскольку сигнал G6P недолговечен, такое общение может произойти только в том случае, если два вида бактерий живут близко друг к другу в пределах «пространственного узла» размером 40 мкм. Это означает, что недоминирующие бактерии в кишечнике могут не жить изолированно, а образовывать пространственные центры, где разные виды взаимодействуют, используя определенные молекулярные связи. Такие недоминирующие сети могут помочь объяснить, как различные виды бактерий сосуществуют в кишечнике, и способствовать стабильности и устойчивости кишечного микробиома.

“Наши результаты открывают новую модель регуляция микробиома в кишечнике, что способствует стабилизации кишечной среды,– отмечает профессор Ямамото. Забегая вперед, он говорит: “Это исследование может помочь в разработке пробиотиков следующего поколения, предназначенных для усиления полезных микробных взаимодействий. Кроме того, это может помочь в разработке таргетной терапии кишечника, потенциально позволяя подавлять вредные бактерии, сводя к минимуму нарушение здоровой кишечной флоры.“

Выявив скрытые взаимодействия, которые формируют кишечный микробиом, это исследование может проложить путь к разработке специализированных кишечных методов лечения различных заболеваний, которые могут улучшить здоровье и качество жизни для всех.