Выживанию хеликобактера в ЖКТ способствует антиоксидант эрготионеин

Для всех видов клеточной жизни важно поддержание окислительно-восстановительного гомеостаза. Кислород необходим клеткам для аэробного метаболизма, но он также может оказывать неблагоприятное действие, образуя активные формы кислорода (АФК). В некоторых ситуациях ткани многоклеточного организма производят их «намеренно», например, для неспецифической защиты от инфекции. Чтобы выжить при окислительном стрессе, клетке нужны механизмы устранения АФК. Для поддержания внутриклеточного редокс-баланса все формы жизни используют низкомолекулярные тиолы. У эукариот и грамотрицательных бактерий это обычно глутатион, микроорганизмы, у которых глутатион отсутствует, производят его функциональные аналоги. Дефекты в синтезе как глутатиона, так и его аналогов у человека приводят к метаболическим расстройствам и дегенеративным заболеваниям, у бактерий — к снижению выживаемости в организме хозяина.

Некоторые бактерии, такие как Helicobacter pylori, не могут синтезировать низкомолекулярные тиолы de novo из-за отсутствия нужных ферментов. Как они защищаются от воздействия АФК организма хозяина, до сих пор не известно. Исследователи из Йельского института микробных наук решили выяснить, какие антиоксиданты используют бактерии H.pylori и откуда они их получают. Они провели таргетный метаболомный анализ для обнаружения потенциальных тиолов, используемых хеликобактером. С помощью новой методики, которую сами исследователи называют reactivity-guided metabolomics (управляемая реактивностью метаболомика), и масс-спектрометрии они обнаружили, что бактерия потребляет нетипичный антиоксидант эрготионеин (EGT) — производное гистидина, которое синтезируют некоторые бактерии и грибы. В организм человека EGT попадает из экзогенных источников, он часто присутствует в пищевых продуктах и его содержание в тканях ЖКТ довольно высоко.

Исследователи предположили наличие у бактерий специфического транспортёра для потребления EGT. С помощью биоинформатического анализа, экспериментов с выключением определенных генов (HPG27_777 и HPG27_885) и синтезом мутантных генов (делеционные мутанты HPG27_777 и HPG27_778) удалось определить особый, ранее не описанный вид АТФ-связывающего кассетного (ABC) транспортёра ─ EgtUV. Именно с помощью него бактерия потребляла EGT.

Чтобы выяснить, может ли H. pylori поглощать EGT из организма хозяина, выращивали эпителиальные клетки человеческой желудочной аденокарциномы с EGT, затем промывали и культивировали их с H.pylori. Результаты подтвердили, что клетки человека могут быть источником EGT для бактерии.

Инфекция H.pylori может быть причиной воспалительных заболеваний ЖКТ. От ее воздействия организм в том числе защищают нейтрофилы, синтезируя АФК в результате респираторного взрыва. Ученые подействовали хлорноватистой кислотой и пероксидом водорода, выделяемыми в норме нейтрофилами при иммунном ответе на H.pylori, на штаммы бактерий, выращенных в присутствии EGT и без него. Оказалось, что EGT увеличивает выживаемость хеликобактера. Кроме того, опыты in vivo на мышах продемонстрировали, что присутствие транспортёра EgtUV даёт бактериям преимущество при колонизации желудка. Биоинформатический анализ обнаружил этот транспортёр у большинства гастроинтестинальных микробов.

Инкубирование человеческих фекалий с EGT показало, что кишечные комменсальные бактерии также метаболизируют его. Это может вносить определенный вклад в продукцию триметиламин-N-оксида — ассоциированного с заболеваниями метаболита, который образуется из четвертичных аминов.

Таким образом, ученые продемонстрировали неизвестные ранее механизмы регуляции редокс-гомеостаза у микробов. Поскольку механизмы транспорта EGT клетками человека и бактериями совершенно различны, результаты их исследования могут быть использованы для создания новых методик лечения, основанных на блокировании транспортёра EgtUV.

Helicobacter pylori находит очаги воспаления по хлорноватистой кислоте

Добавление единственного вида бактерий к микробиоте кишечника мыши активирует противоопухолевый иммунитет