Бактерии утрачивают спорообразование при адаптации к человеческому кишечнику

Подавляющее большинство бактерий, обитающих в кишечнике человека, относятся к типу Firmicutes. Многие из этих бактерий способны к образованию устойчивых эндоспор, которые остаются жизнеспособными при выходе во внешнюю среду и играют важную роль в передаче кишечных бактерий между разными организмами. Попадая в пищеварительный тракт нового хозяина, эндоспоры под действием желчных кислот прорастают и колонизируют организм. Ранее было показано, что споры образуют до половины кишечных бактерий человека, однако также было выдвинуто предположение, что приспособление фирмикут к постоянному обитанию в кишечнике человека может приводить к утрате способности к спорообразованию.

В новом исследовании ученые из Великобритании проанализировали 1 358 геномов фирмикут, обитающих в кишечнике человека и внешней среде. Они сосредоточились на 66 генах, необходимых для споруляции. Оказалось, что во многих эволюционно различных линиях фирмикут происходила независимая потеря этих генов. В работе ученые называют бактерии этих линий FSF от английского Former-Spore-Formers.

Утрату способности к споруляции исследователи связывают с адаптацией к обитанию в кишечнике человека, которая сопровождается уменьшением размера генома и метаболическими изменениями. Так, геномы FSF в среднем на 36% меньше, чем у спорообразующих бактерий. Кроме того, у спорообразующих бактерий большинство генов, ассоциированных с метаболизмом аминокислот, вовлечены в их биосинтез. У FSF же значительно выше доля генов, обеспечивающих поглощение аминокислот извне. У бактерий, утративших способность к спорообразованию, также существенно изменяется углеводный обмен: их способность к расщеплению разнообразных сахаров снижена по сравнению с таковой у спорообразующих бактерий.

Дополнительно ученые оценили распространенность и обилие спорообразующих и FSF бактерий в 9 966 кишечных метагеномах взрослых людей со всего мира. Бактерии, неспособные к спорообразованию, были распространены в человеческой популяции значительно меньше, чем спорообразующие, что говорит об ограниченной трансмиссии FSF. При этом относительное обилие FSF в кишечнике отдельных индивидов было выше, то есть адаптация к условиям кишечника способствовала успешной колонизации. Авторы называют потерю способности к спорообразованию у фирмикут эволюционным компромиссом.