Кишечные бактерии летучих мышей во время спячки лучше защищают ДНК хозяина от повреждений

Российские ученые выяснили, что у летучих мышей во время зимней спячки кишечные бактерии активнее, чем во время бодрствования, производят вещества, обладающие протективными свойствами в отношении ДНК. В работе участвовали сотрудники Южного федерального университета и Ростовского НИИ микробиологии и паразитологии (Ростов-на-Дону), Ратгерского университета (США) и Университета Сан-Паулу (Бразилия).

Летучие мыши — носители различных вирусов, в том числе способных инфицировать человека. Значительная для животных их размеров продолжительность жизни, образование многочисленных колоний и способность к перелетам на большие расстояния повышает их опасность как резервуаров и переносчиков. При этом у самих рукокрылых симптомы инфекции зачастую не развиваются из-за особенностей их физиологии и иммунной системы. Так, во время полета в организме летучей мыши образуется большое количество свободных радикалов, подавляющих патогенные микроорганизмы.

Сравнительно мало изучен вклад кишечной микробиоты рукокрылых в их способность легко переносить вирусные инфекции. Еще одна особенность рукокрылых — их кишечник существенно короче, чем у наземных млекопитающих их размеров, кроме того, у большинства видов летучих мышей отсутствуют слепая кишка и аппендикс, которые существенно влияют на состав микробиоты у других животных. Строение кишечника и высокий уровень метаболизма обуславливает сравнительно быстрое прохождение пищи через ЖКТ. Это уменьшает количество резидентной анаэробной микробиоты и увеличивает долю транзитных микроорганизмов из окружающей среды. Российские исследователи ранее уже продемонстрировали антиоксидантные свойства микрофлоры ЖКТ летучих мышей и ее способность влиять на мутагенез, в том числе промутагенное действие.

Различные представители микрофлоры могут как способствовать, так и препятствовать окислению и повреждениям ДНК, результат зависит от видового состава. До сих пор не было изучено, как влияет на свойства микробиоты летучей мыши зимняя спячка. Новое исследование было посвящено изменению состава метаболитов кишечной микробиоты рыжей вечерницы Nyctalus noctula во время спячки по сравнению с активным периодом.

В исследовании участвовало 13 рыжих вечерниц, содержащихся в неволе. Гибернацию инициировали помещением в контейнер при температуре 10 °С с конца ноября по начало апреля. Образцы фекалий собирали во время гибернации (в марте) и после нее; затем летучие мыши были выпущены в дикую природу. Всего исследовали 26 образцов, полученных во время спячки, и 32 образца активного периода. После культивирования микроорганизмов на различных средах их видовую принадлежность определяли с помощью масс-спектрометрии MALDI-TOF.

Для определения антиоксидантной/прооксидантной и антимутагенной/промутагенной активности метаболитов изоляты культивировали в жидкой среде, а затем оценивали влияние метаболитов на биосенсоры — генноинженерные линии кишечной палочки, экспрессирующие репортерные гены биолюминесцентных соединений. В одной из них репортерный ген находился под промотором, индуцируемым повреждениями ДНК. в другой — под промотором, индуцируемым окислительным стрессом.

«Оказалось, что бактерии из кишечника спящих мышей активнее вырабатывали вещества, защищающие цепи ДНК от повреждений, например, разрывов в них… Наиболее эффективными “защитниками” были бактерии Citrobacter freundii и Lactococcus garvieae», — рассказывает руководитель проекта д..б.н. Алексей Ермаков, директор Института живых систем ДГТУ. Повышение ДНК-защитного действия микрофлоры во время спячки может быть связана с изменением метаболизма и менее активными иммунными реакциями, что способствует размножению определенных таксонов, отмечается в статье.

Баланс антиоксидантных и прооксидантных метаболитов микрофлоры у спящих и бодрствующих летучих мышей не различался.

Зная, как микробиота ЖКТ влияет на устойчивость к стрессу, можно будет лучше понять механизмы защиты рукокрылых от инфекций и точнее оценивать риски, связанные с передачей патогенов человеку.

«В дальнейшем мы планируем глубже изучить взаимоотношения в системе “хозяин–микробиота” и то, как кишечные микроорганизмы связаны с работой иммунной системы рукокрылых в разные физиологические периоды. Кроме того, полученные данные могут стать научной основой для более взвешенных мер по обеспечению биобезопасности городских экосистем — там, где летучие мыши чаще всего контактируют с человеком и домашними животными. Центр реабилитации летучих мышей ДГТУ, сотрудники которого сохраняют популяции, наблюдают за этими животными и проводят лабораторные иммунобиологические анализы, может стать ключевой площадкой для комплексных исследований на стыке микробиологии, иммунологии и экологии города», — рассказывает соавтор статьи Игорь Попов, доктор философии, научный сотрудник ДГТУ.

 Коллектив центра реабилитации рукокрылых под руководством Алексея Михайловича Ермакова. Источник: Управление информационной политики ДГТУ, Павел Шаповалов

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ).