Бактерия против бактерии: как кишечная палочка помогает бороться с клостридией

Ежегодно около 500 000 жителей США страдают от кишечной инфекции, вызванной Сlostridioides difficile, что приводит к 20 000 смертям в год. Обычно терапия инфекции включает применение антибиотиков, однако в этом случае у пациента развивается дисбактериоз, который способствует распространению патогена. Недавние исследования показали нарушения метаболизма желчных кислот и накопление таурохолата, который активирует прорастание эндоспор C. difficile.

Ученые из Сингапура разработали пробиотик, который реагирует на дисбактериоз кишечника и восстанавливает метаболизм желчных кислот, трансформируя таурохолат с помощью целлобиогидролазы в токсичный для спор холат. В качестве основы конструкции исследователи выбрали один из штаммов кишечной палочки (E. Coli). Палочка грамотрицательная, а C. difficile — грамположительная, а значит, новую разработку можно совмещать с терапией антибиотиками.

Сама генетическая конструкция состояла из трех элементов: детектора, усилителя и эффектора. Детектор включал в себе ген белка NanR, который взаимодействовал с сиаловой кислотой и активировал экспрессию усилителя. Сиаловая кислота была выбрана в качестве сигнальной молекулы, потому что дисбактериоз сопровождается повышением ее концентрации в кишечнике. Усилитель представлял собой белок CadC, который запускал синтез фермента (эффектора). Авторы добавили эту промежуточную стадию, чтобы дополнительно усилить экспрессию фермента целлобиогидролазы.

Разработанный пробиотик при соблюдении всех условий снижал прорастание пор in vitro на 98% и успешно ингибировал рост клеток патогена. Дополнительно он уменьшал токсичность возбудителя — концентрация токсина А, разрушающего эпителиальный слой кишечника, была ниже после применения модифицированной кишечной палочки.

Оценив эффективность технологии in vitro, исследователи перенесли свои эксперименты на мышиные модели. В отличие от контрольных, все пролеченные мыши остались живы после заражения C. difficile, а клинические симптомы заболевания были менее выражены. Уровень таурохолата у таких мышей был понижен, а холата — повышен. Проанализировав гистологию толстого кишечника, ученые пришли к выводу, что модифицированная кишечная палочка снизила повреждение тканей.

Полученные результаты демонстрируют, что разработка ученых правильно работает в кишечнике модельных мышей и демонстрирует явный терапевтический эффект. Авторы надеются, что их концепция послужит основой для разработки новых антимикробных препаратов, которые направлены не на убийство патогена, а на тонкую настройку среды организмы для сдерживания инфекции.