Меню

Ученые заставили бактерий жить дружно

e0016592d733ba678ffa5e47c09e31fd

Исследования и открытия
15.08.2019
2019-08-15

Ирина Кайнова
Фото: Kateryna Kon / Shutterstock.com

0

Вы, наверное, слышали про так называемый дисбаланс кишечного микробиома, означающий, что здоровые пропорции бактериального состава нарушены. Дисбаланс образуется под воздействием внешних факторов, которые более пагубно влияют на одни бактерии, щадя при этом другие. При этом последние начинают усиленно размножаться, задвигая своих менее удачливых соседей подальше. Это совершенно нормальная конкуренция за ресурсы.

Ученые из Института биологического вдохновения Вайсса, Гарвардской медицинской школы и Бригамской женской больницы задались вопросом, можно ли заставить нашу конкурирующую микрофлору жить дружно. И придумали добровольно-принудительный путь решения.

Исследователи вознамерились изменить геномы бактерий так, чтобы они потеряли способность продуцировать три аминокислоты, необходимых для выживания, но перепроизводили четвертую аминокислоту. В итоге каждый вид мог процветать только в том случае, если в сообществе присутствовали три других вида, восполняющие недостающие им аминокислоты. Такая вот теория игр.

На самом деле перекрестное межвидовое кормление метаболитами не редкость в природе — например, люди не способны производить девять из 20 аминокислот, необходимых для поддержания организма, поэтому мы должны придерживаться разнообразной диеты, чтобы получить эти необходимые элементы. 

Для создания искусственного консорциума было отобрано четыре вида бактерий, обычно проживающих в кишечнике млекопитающих: E.coli, S. Typhimurium, B. thetaiotaomicron и B. fragilis. Каждый штамм был генетически модифицирован для перепроизводства метионина, гистидина, триптофана либо аргинина соответственно, а способность продуцировать три другие аминокислоты им «перекрыли».

Чтобы оценить, удается ли каждому штамму «спасать» другие штаммы, с дефицитом перепроизводимой им аминокислоты, исследователи последовательно изолировали соединения, секретируемые каждым штаммом, и выращивали другие штаммы в присутствии этих соединений. Эксперимент получился удачным и далее ученые перешли уже к основному этапу.

Приготовившись воочию наблюдать, как четыре модифицированных штамма перерождаются в крепкую команду мушкетеров, где «один за всех и все за одного», исследователи культивировали их вместе и обнаружили, что они растут нормально и в тех же пропорциях, но в меньшем общем количестве, чем неинженерные версии тех же самых штаммов.

Затем команда повторяла эксперимент несколько раз, каждый раз уменьшая начальную популяцию одного штамма на порядок, чтобы увидеть, как  отряд отреагирует на потерю бойца. Они обнаружили, что в консорциумах неинженерных бактерий пораженный штамм не восстанавливался, в то время как в консорциумах инженерных бактерий… тут хотелось бы написать, что поддерживался полный мир и баланс, однако нет.

То есть, отчасти все было неплохо: S. Typhimurium и B. theta успешно восстанавливали свои нормальные уровни после нокдауна — и это была победа. Но увы, ни E.coli, ни B. fragilis восстановиться не смогли, хотя потеря B. fragilis привела к тому, что весь консорциум вырос лишь до половины своего обычного размера.

Тем не менее, ученые отнеслись к полученным результатам оптимистично. Например, они указывают на то, что хотя B. fragilis не смогла восстановиться, все равно ее угнетение оказало негативное влияние на остальных, и это подтверждает тот факт, что присутствие B. fragilis стало полезным для остальных видов.

Исследователи также обнаружили, что консорциумы инженерных бактерий демонстрировали большую равномерность — как in vitro, так и после инокуляции в кишечник безбактериальных мышей. Данная тенденция также присутствовала, когда бактерии выращивались в средах с низким содержанием аминокислот, что указывает на то, что сконструированные бактерии успешно кормили друг друга своими аминокислотами, создавая стабильное сообщество.

«Как и ожидалось в сложной сети видов, не все бактериальные штаммы одинаково взаимодействовали друг с другом;  поэтому будущие исследования будут направлены на оптимизацию уровня перепроизводства и потребления аминокислот разными бактериями. чтобы улучшить общую работоспособность консорциума без ущерба для равномерности видов», — сообщила соавтор исследования Памела Сильвер, Ph.D. член-основатель факультета Wyss Institute, профессор биохимии и системной биологии в Гарвардской медицинской школе.

Другие идеи включают введение целых каскадов взаимодействий, так чтобы каждый бактериальный штамм получая соединение от другого штамма, модифицировал его и «передавал» другому штамму для дальнейшей обработки. Это потенциально позволит создать более эффективную линию сборки биопродукции для создания химических веществ, представляющих фармацевтический или промышленный интерес.

Источник

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *