Ученые вывели генномодифицированную бактерию, помогающую регулировать холестерин

Бактерии, которые питаются слизью в кишечнике человека, могут оказаться полезными для контроля уровня холестерина, предполагает новое исследование, проведенное на мышах и в лабораторных чашках.

muciniphila Akkermansia - это бактерия, которая живет у людей и связана с защитой от метаболических заболеваний, неврологических расстройств и некоторых инфекций. Как следует из названия, A. muciniphila в основном потребляет муцины — крупные, богатые сахаром белки, которые образуют основную массу слизи, покрывающей слизистую оболочку кишечника.

Поскольку микробам, как правило, трудно переваривать муцины, ученые заинтересовались механизмом, который позволяет A. muciniphila колонизировать кишечник человека и питаться белками.

В своем новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Microbiology, ученые описали как впервые культивировали A. muciniphila на муцине, собранном у свиней, и наблюдали за ростом бактерий под микроскопом. Они увидели, что бактерии накапливают муцины в отсеках внутри своих клеток, которые ученые назвали муциносомами. Интересно, что эти компартменты, по-видимому, специфичны для вида Akkermansia, поскольку они не наблюдаются у Bacteroides thetaiotaomicron, другого микроба, любящего муцин.

Затем ученые создали мутантные штаммы A. muciniphila, используя "транспозонный мутагенез", процесс, который вносил генетические мутации в ДНК микробов, и выращивали эти мутанты в муцине. Некоторые мутанты не смогли вырабатывать аминокислоты, строительные блоки белков, и этим штаммам не удалось размножаться на муцине, что указывает на то, что выработка аминокислот имеет решающее значение для способности микробов извлекать пользу из муцинов.

Затем команда скормила мутанта A.

muciniphila различным генетически модифицированным лабораторным мышам. Модели роста мутантов в слепой кишке, части толстого кишечника, показали, что бактериям, которым не хватало генов для производства аминокислот, было действительно трудно размножаться, особенно в присутствии других видов бактерий. Гены для четырех специфических аминокислот — аланина, аспарагина, глютамина и аргинина — казались особенно важными для того, чтобы A. muciniphila успешно колонизировала желудочно-кишечный тракт.

В дальнейших экспериментах на мышах исследователи обнаружили две группы генов, которые являются ключевыми для транспортировки муцина в специальные отделения бактериальных клеток. Названные генами локуса утилизации муцина (MUL), они имеют решающее значение для роста бактерий и их колонизации кишечника.

Так называемая группа генов MUL1 кодирует белки, которые транспортируют муцин в бактериальные клетки. Группа генов MUL2 продуцирует белки, которые образуют ворсинки — тонкие, похожие на волосы отростки, выступающие с поверхности клетки и, вероятно, также помогают транспортировать муцин в бактерии.

У "свободных от микробов" мышей, выведенных без кишечных бактерий, нормальные штаммы A. muciniphila переросли мутантов с дисфункциональными генами MUL1 или MUL2, когда все штаммы смешались в кишечнике мыши. Кроме того, при выращивании изолированно нормальная A. muciniphila подавляла экспрессию генов мыши, участвующих в выработке холестерина, в то время как те же гены, вырабатывающие холестерин, были повышены у мышей, которые несли мутантов A. muciniphila с дисфункциональным MUL1. 

Это показало, что бактерии, поглощающие муцин, могут напрямую влиять на выработку холестерина в кишечнике и, следовательно, могут служить важным инструментом для сдерживания высокого уровня холестерина, заключили авторы.