Микробы-симбионты научились делать инъекции клеткам хозяина

В микробиологии хорошо известна система секреции III типа (T3SS). Это сложный белковый комплекс, который работает как микроскопическая игла со шприцем. Бактерия прокалывает им мембрану клетки хозяина и впрыскивает внутрь свои белки — эффекторы.

Долгое время T3SS считалась атрибутом исключительно опасных патогенов, таких как сальмонелла (Salmonella), чумная палочка (Yersinia) или шигелла. С помощью этого «шприца» они вводят токсины, убивающие клетки. Однако генетический анализ показывал, что гены T3SS встречаются и у безобидных обитателей кишечника, но их функция оставалась загадкой: зачем мирным соседям оружие агрессоров?

Авторы исследования, опубликованного в журнале Nature Microbiology, проанализировали геномы тысяч бактерий типа Pseudomonadota, живущих в кишечнике здоровых людей. С помощью алгоритмов машинного обучения исследователи предсказали, какие именно белки эти бактерии могут вводить в человека.

Затем ученые создали карту HuMMI (Human-Microbiome Meta-Interactome). Применив методы молекулярной биологии, они проверили в лаборатории, с каким из белков человека физически связывается каждый бактериальный белок. Финальным этапом стала проверка на живых культурах человеческих клеток: ученые наблюдали, как впрыснутые белки меняют поведение иммунитета.

Выяснилось, что 80% исследованных мирных бактерий в здоровом кишечнике имеют рабочие системы T3SS. Но их инъекции (белки-эффекторы) отличаются от токсинов патогенов.

Эти белки не убивают клетки человека. Вместо этого они вмешиваются в работу сигнальных путей, в частности NF-kB, который отвечает за развитие воспаления. Таким образом бактерии «подкручивают» настройки иммунитета, заставляя его реагировать на угрозы или, наоборот, успокаиваться.

Анализ данных пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника (ВЗК) выявил любопытный парадокс. У людей с болезнью Крона количество бактерий с такими системами было повышено, а у пациентов с язвенным колитом — наоборот, снижено. Это указывает на то, что механизм прямого вмешательства бактерий в работу наших клеток может как защищать от болезни, так и провоцировать ее — в зависимости от контекста.

Исследование меняет парадигму восприятия взаимодействия человека и микробиома. Система T3SS у симбионтов — это не оружие, а средство связи. Бактерии не просто живут рядом с нами, выделяя вещества в просвет кишечника. Они физически проникают своими инструментами внутрь наших клеток, чтобы регулировать наше здоровье.