Человеческий микробиом — это экосистема, состоящая из сотен и тысяч видов бактерий. Она влияет на наше здоровье и даже на долголетие. Но трудно объяснить множество способов, которыми различные виды бактерий взаимодействуют друг с другом. После введения антибиотиков мало что можно понять о том, как эти жизненно важные сообщества бактерий воздействуют на биохимическом уровне. Исследователи открыли новую форму взаимодействия бактерий, которые помогают им дольше жить даже в условиях воздействия антибиотиков.
Исследователи открыли новую форму устойчивости к антибиотикам. Результаты исследования имеют важные последствия для медицины, статья об этом опубликована в eLife.
В исследовании использован микробиом плодовой мухи, чтобы понять взаимодействие между видами в бактериальном сообществе. Микробиом этого существа представляет собой идеальную среду для исследования как природных популяций бактерий, так и микробиома человека.
Исследователи хотели понять, как антибиотики влияют на определенные физиологические процессы и на метаболические взаимодействия и обмен ресурсами, которые происходят между бактериальными видами в сообществе.
Простота микробиома плодовой мухи делает его идеальным средством для выявления того, как биохимическое взаимодействие многих видов изменяется при введении антибиотиков. Было обнаружено, что взаимодействие между видами в микробиоме влияет на эффективность антибиотиков при уничтожении отдельных видов в этом сообществе, а также на метаболизм всего сообщества в целом.
Исследователи провели эксперимент: когда бактерии из микробиома плодовой мухи, называемые Lactobacillus, выращиваются вместе с бактерией Acetobacter, то они менее восприимчивы к смерти от антибиотиков.
Это новая категория феноменов, называемых толерантностью к антибиотикам, что означает, что клетки погибают гораздо медленнее, если находятся вместе. Обычно толерантность возникает, когда клетка замедляет метаболизм в ответ на воздействие антибиотиков. Но в этом случае толерантность на самом деле связана с усилением метаболизма.
Оказывается, что Acetobacters потребляют молочную кислоту, которая выделяется в виде отходов соседними Lactobacillus, обеспечивая преимущество в физической форме для обоих видов и вызывая так называемую толерантность, обнаруженную командой.
«Мы пока точно не знаем, как это происходит, но мы думаем, что эти два вида бактерий “знают”, когда присутствует другой тип клетки, и реагируют соответствующим образом. Эти механизмы, вероятно, развивались во время совместной жизни, и мы бы не увидели их, если бы изучали два вида в изоляции». — Бенджамин Обадия из Калифорнийского университета в Беркли.
Работа команды показывает, что микробиом может быть важным инструментом для понимания взаимоотношений в сообществах бактерий в естественном мире на биохимическом уровне. Это также иллюстрирует, что здоровье кишечного микробиома должно учитываться при назначении антибиотиков. Изучение принципов, регулирующих взаимодействие видов, является ключом к такому пониманию экосистем — больших и малых.
В другом недавно опубликованном материале написано о разработке новой технологии для визуализации кишечника живых плодовых мушек. Названный Bellymount, он позволил им впервые наблюдать отдельные бактериальные клетки в кишечнике живой плодовой мухи.
Исследовательская группа обнаружила, что определенные области кишечника обладают высокой стабильностью микробиома, а другие имеют непрерывный оборот. Это указывает на наличие структур в кишечнике плодовой мухи, которые поддерживают колонизацию, и открывает возможность того, что плодовые мушки могли развить эти структуры, чтобы сохранить свои микробиомы.