Может ли разница в выживаемости происходить не из-за незрелой иммунной системы, а из-за смеси бактерий, которые растут в их крошечных кишечниках?Новое исследование на мышах предлагает доказательства того, что некоторые из этих бактерий, называемые клостридиями, не только помогают переваривать пищу, но и обеспечивают ключевую защиту от инфекций. Но это также показывает, что у самых молодых новорожденных мышей еще нет клостридий, что делает их наиболее уязвимыми для вторжения бактерий, подобных патогенам, от которых страдает очень много человеческих младенцев.
Выводы, сделанные в Медицинской школе Мичиганского университета и опубликованные в журнале Science, могут указать путь к новым подходам к защите человеческих младенцев.«Любой родитель знает, что новорожденные очень восприимчивы к инфекциям на первом году жизни, в том числе кишечным или кишечным инфекциям», — говорит Габриэль Нуньес, доктор медицины, старший автор исследования и профессор патологии Университета штата Мэриленд. «Эта работа предполагает, что недостаток защитных бактерий в микробиоте кишечника является механизмом этой восприимчивости, возможно, больше, чем возраст иммунной системы».Нуньес и его коллеги, в том числе соавторы и научные сотрудники Юн-Ги Ким, доктор философии. и Кей Сакамото М. Д., доктор философии, начали с чистого листа: мышей, выращенных в стерильной среде в U-M.Не имея собственных естественных кишечных бактерий, у мышей была уникальная возможность увидеть эффекты трансплантированных микробов от нормальных мышей разного возраста и проверить уязвимость к инфекции.
Исследователи также использовали передовые методы анализа ДНК, которые позволили им обнаружить типы и количество бактерий в кишечнике мышей.Итог их экспериментов: где-то в период отлучения мышей от материнского молока до твердой пищи бактерии Clostridia начинают расти в кишечнике и предотвращают рост двух форм болезнетворных бактерий.
Серия экспериментовНуньес, Ким, Сакамото и их коллеги провели серию тщательных экспериментов с использованием как новорожденных, так и взрослых мышей, свободных от микробов, и образцов кишечных микробов, взятых из фекалий 4-дневных, 12-дневных и 16-дневных животных. -старые нормальные мыши.Они обнаружили, что образцы от более старых нормальных мышей имели наибольшее разнообразие кишечных микробов, включая бактерии Clostridia и Bacteroides, которых не было у более молодых мышей, которые все еще получали питание полностью из материнского молока.
Сначала они сделали беспроблемным мышам трансплантат бактерий от 4-дневных или 16-дневных нормальных мышей, а затем подвергли их воздействию штамма сальмонеллы, который может инфицировать кишечник, но не распространяется по всему телу. Половина мышей с 4-дневными микробами умерла, но ни одна из мышей с 16-дневными микробами не умерла.Они попробовали еще раз с Citrobacter rodentium — штаммом бактерий, похожим на штаммы кишечной палочки, вызывающие болезни у людей.
Бесплодные мыши с пересаженными четырехдневными микробами заболели, и многие из них умерли. Но когда исследователи добавили бактерии от 16-дневных нормальных мышей, количество C. rodentium в кишечнике выживших мышей снизилось.Затем исследователи изучили, что случилось с стерильными мышами, которым вводили микробы новорожденных мышей, но с добавлением дополнительных доз бактерий Clostridia или Bacteroides. Они подвергали группы этих мышей воздействию C. rodentium — и обнаружили, что только мыши, которым вводили Clostridia, были способны противостоять инфекциям.
Девяносто процентов мышей, получивших дополнительную клостридию, а затем сальмонеллу, были живы через неделю, по сравнению с 50 процентами тех, кто ее не получил.Поскольку кишечная палочка и сальмонелла также поражают взрослых, исследователи проверили, что произошло, когда нормальным взрослым мышам давали ванкомицин, антибиотик, который избирательно убивает такие бактерии, как Clostridia и Bacteroides. И C. rodentium, и Salmonella процветали в этих средах.Чтобы увидеть, какую роль собственная иммунная система организма играет в борьбе с инфекцией по сравнению с кишечными микробами, команда также изучила две линии мышей с ослабленной иммунной системой.
Выращенные в среде, свободной от микробов, а затем получившие трансплантацию кишечных микробов от четырехдневной нормальной мыши, эти мыши все еще были способны противостоять инфекции сальмонеллы без какой-либо помощи со стороны своей иммунной системы — но только тогда, когда они получили доза добавленного Clostridium сначала.Наконец, исследователи изучили влияние добавления сукцината — соли, которую кислородолюбивые бактерии в кишечнике производят в качестве побочного продукта — в питьевую воду мышей без микробов с 4-дневными микробами, которые получили дополнительные клостридии.Эти мыши еще лучше боролись с инфекцией сальмонеллы, что свидетельствует о том, что анаэробные клостридии питаются продуктами жизнедеятельности аэробных бактерий, которые процветают в кишечнике новорожденных.Нуньес и его коллеги уже работают над дальнейшими исследованиями роли Clostridia в защите от кишечных инфекций.
Они хотят определить, какие штаммы Clostridia — а их много — оказывают наибольшее влияние.Они также изучают роль материнского молока в создании микробиома кишечника новорожденного и обеспечении защиты от инфекции, а также переход на твердую пищу, которая может переносить микробы в кишечник новорожденного из внешнего мира. И они хотят проверить, защищают ли другие компоненты микробиома от других патогенов.«Обычно мы приобретаем штаммы Clostridia в нашем кишечнике, когда начинаем есть твердую пищу, но эта работа предлагает окно уязвимости для кишечных патогенов на ранних этапах жизни», — говорит Нуньес, профессор патологии Пола де Круифа. член исполнительного комитета Инициативы по микробиому хозяина Медицинской школы UM.
Он отмечает, что исследования были бы невозможны без отделения мышей без микробов при Медицинской школе.Он говорит, что если защитная роль добавленных клостридий для новорожденных подтвердится в дальнейших исследованиях на животных, можно будет предложить клинические испытания на людях для проверки комбинации штаммов.