Ученые выяснили, что вызывающая болезнь Крона инвазивная кишечная палочка выделяет пропионат, который вызывает хроническое воспаление. Если лишить бактерию субстрата, из которого она получает пропионат, то ведет себя менее агрессивно и не приводит к воспалению в мышиных моделях. Авторы работы, опубликованной в , надеются, что их исследование поможет в создании терапии против болезни Крона.
Болезнь Крона — хроническое воспалительное заболевание желудочно-кишечного тракта, для которого не существует специфичной терапии. Среди симптомов отмечают длительную диарею, боли в животе, потерю массы тела. Развитие болезни ученые связывают с характерными изменениями в микробиоме, точнее, с инвазивным распространением кишечной палочки В норме — симбиотическая бактерия, у пациентов с болезнью Крона внедряется в стенки желудочно-кишечного тракта, цепляясь ворсинками за его эпителиальные клетки.
Исследователи подозревают, что инвазивная научилась получать необходимые ей вещества из тех соединений, которые не используются остальными видами, входящими в микробиом. К таким соединениям относят, например, «отрезанный» ферментами от фосфолипидов слизистой этаноламин, или сахар фукозу, или 1,2-пропандиол — продукт брожения фукозы. В условиях хронического воспаления умение использовать альтернативные источники углерода для клеточного дыхания выигрышно для бактерий: например, известно, что 1,2-пропандиолом питаются бактерии рода , вызывающие гастроэнтерит. У сальмонелл за использование 1,2-пропандиола отвечают гены группы , и ген кодирует большую часть дегидратазы, фермента, который превращает спирт в пропиональдегид, а пропиональдегид, в свою очередь, превращается в пропионат. У инвазивных также находят ген , и эти же кишечные палочки чаще выживают в макрофагах, то есть лучше сопротивляются атакам иммунной системы человека.
Ученые из Корнеллского университета в предыдущей работе показали, что инвазивная кишечная палочка усиливает Т-клеточный ответ иммунитета, вызывая воспаление. В новой статье авторы под руководством Рэнди Лонгмана (Randy S. Longman) объяснили, как именно использование 1,2-пропандиола в качестве источника углерода помогает активно внедряться в стенки кишечника и способствует развитию воспаления.
Сначала ученые показали, что ген в десять раз чаще встречается у бактерий рода , полученных от пациентов с болезнью Крона, чем у людей с язвенным колитом или здоровых. Затем исследователи проверили, насколько пропандиол-дегидратаза (PduC) необходима для запуска воспаления кишечника. Для этого авторы работы создали кишечную палочку, в которой функция дегидратазы была нарушена, и пропионат не выделялся. Кишечник мышей из двух групп колонизировали либо такими , либо обычными с функциональным ферментом, а затем вводили дополнительные Т-клетки. Мыши, которым достались кишечные палочки с неправильной дегидратазой, меньше теряли вес и в целом показывали лучшую выживаемость. Таким образом, действие пропандиол-дегидратазы необходимо для инвазии и соответствующего ответа Т-клеток, который ведет к колиту.
Также авторы работы определили, что бактерии с геном провоцируют при помощи вырабатываемого пропионата заставляют фагоциты усиленно выделять интерлейкин 1 бета (IL1β), сигнальную молекулу-цитокин, что и ведет к воспалительному ответу иммунной системы.
Полученные результаты давали ученым предположить, что распространение инвазивной можно регулировать, управляя доступными ей субстратами. Точнее, если ограничить доступ к фукозе, сахару, продуктом брожения которого и является 1,2-пропандиол. Поскольку фукоза — одно из соединений на поверхности клеток слизистой кишечника, чтобы проверить действие такого подхода на практике, мышам вместе с инвазивной кишечной палочкой вводили молекулу-ингибитор фукозилирования (реакции присоединения фукозы в слизистой). У мышей снизилось содержание пропионата в кишечнике и замедлилась потеря веса, несмотря на то, что по-прежнему хорошо колонизировала кишечник. Анализ тканей также показал снижение интенсивности иммунного ответа.
Авторы исследования надеются, что проведенное исследование приближает к пониманию механизма развития болезни Крона, и что предложенный ими способ лишать кишечную палочку фукозы вернет равновесие в микробиом пациентов.
Люди с хроническими воспалительными заболеваниями кишечника, в том числе болезнью Крона, имеют повышенный риск развития колоректального рака. Ученые ищут способы предотвратить развитие таких последствий: кто-то предлагает снижать интенсивность воспаления, а кто-то уже тестирует вакцину против колоректального рака на людях.