Bakterie mikrobiomu jako źródło sfingolipidów wspierających odporność gospodarza
Mikrobiom – zbiór bakterii, wirusów i grzybów zasiedlających ciało organizmu wielokomórkowego – pełni kluczową rolę w utrzymaniu homeostazy, funkcji fizjologicznych i odporności gospodarza. Zespół badawczy z Kilońskiego Specjalnego Centrum Badawczego (Sonderforschungsbereich, SFB) 1182 „Pochodzenie i funkcjonowanie metaorganizmów” na Uniwersytecie Christiana-Albrechta w Kilonii (CAU) prowadzi od lat interdyscyplinarne badania nad interakcjami między mikroorganizmami a ich gospodarzami, wykorzystując modelowe organizmy, takie jak nicienie Caenorhabditis elegans.
W najnowszym badaniu, opublikowanym na łamach Nature Communications, naukowcy odkryli nieznany dotąd mechanizm molekularny, dzięki któremu mikrobiom chroni gospodarza przed infekcją. Okazało się, że bakterie z rodzaju Pseudomonas, występujące w jelitowym mikrobiomie C. elegans, produkują sfingolipidy – lipidy zazwyczaj występujące w komórkach eukariotycznych, a bardzo rzadkie w bakteriach. Co więcej, sfingolipidy te wykazują działanie ochronne wobec nabłonka jelitowego gospodarza przed patogenem Bacillus thuringiensis.
Alternatywny szlak syntezy sfingolipidów
Zaskakującym odkryciem było ustalenie, że Pseudomonas wykorzystuje nieznany wcześniej, alternatywny szlak metaboliczny do syntezy sfingolipidów. Produkcja tych lipidów opiera się na obecności unikalnego klasteru genów biosyntezy, kodującego enzymy działające na zasadzie syntetazy poliketydowej. Co istotne, podobne klastry genów zaobserwowano również u innych bakterii związanych z mikrobiomem jelitowym, co może wskazywać na szersze rozpowszechnienie tego mechanizmu w świecie bakterii komensalnych.
W modelu infekcji z udziałem B. thuringiensis zaobserwowano, że C. elegans przeżywa istotnie dłużej w obecności szczepów Pseudomonas fluorescens produkujących sfingolipidy. Mechanizm ochronny wydaje się pośredni – sfingolipidy modyfikują metabolizm lipidowy nicienia, zwiększając integralność błon komórkowych komórek nabłonka jelitowego, co utrudnia toksynom patogenu tworzenie porów i przenikanie do wnętrza komórek.
Mikrobiom jako aktywny element obrony
Dotychczasowe badania sugerowały, że bakterie często wykorzystują metabolizm lipidów gospodarza, by zwiększać swoją patogeniczność. Tymczasem opisane w badaniu sfingolipidy bakteryjne wspomagają odporność gospodarza – są więc nie tylko metabolitami wtórnymi, ale także czynnikiem ochronnym. Odkrycie to rzuca nowe światło na ewolucyjne współistnienie bakterii i organizmów wielokomórkowych, sugerując, że mikrobiom nie tylko wspiera trawienie czy immunomodulację, ale może też aktywnie bronić gospodarza przed patogenami.
Znaczenie dla przyszłości medycyny
Jak podkreślają kierujący badaniem dr Katja Dierking oraz dr Lena Peters z CAU, wyniki mogą mieć znaczenie translacyjne – lepsze zrozumienie mikrobiologicznych szlaków ochronnych otwiera perspektywę na nowe podejścia terapeutyczne w leczeniu chorób związanych z dysbiozą jelitową u ludzi. Modulacja mikrobiomu lub wykorzystanie jego metabolitów, takich jak sfingolipidy, może w przyszłości wspomóc profilaktykę i terapię infekcji oraz chorób zapalnych jelit.
Źródło: Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
