Опубликована 26 июля 2016 года в журнале PLOS Biology с открытым доступом, ученые из Университета Орегона использовали живых рыбок данио и трехмерную микроскопию для отслеживания взаимодействий между кишечными бактериями в режиме реального времени, что привело к неожиданному открытию: механическим сокращениям, которые перемещают содержимое через кишечник. являются жизненно важными движущими силами бактериальной конкуренции.«Новые открытия могут помочь улучшить эти усилия и направить новые методы лечения заболеваний желудочно-кишечной системы», — сказал Рагхувир Партасарати, профессор физики и автор статьи. «Это исследование показывает, что физическая среда и активность кишечника хозяина могут быть основными детерминантами бактериального состава кишечника — идея, которая, по нашему мнению, должна в целом влиять на то, как мы решаем проблемы здоровья и болезней».
Первоначально исследователи использовали стандартные методы, не основанные на визуализации, чтобы узнать, что два вида бактерий, аборигенных для рыбок данио — Aeromonas veronii и Vibrio cholerae — обнаруживают совершенно разную численность в кишечнике личинок рыбок данио. Когда рыбки данио, кишечники которых впервые были заселены Aeromonas, были введены в Vibrio, популяции Aeromonas были небольшими и разнообразными. Традиционная интерпретация, сказал Партасарати, указала бы на снижение скорости роста Aeromonas в присутствии Vibrio, но исследователи решили копнуть глубже.
Чтобы найти механизм, исследователи обратились к флуоресцентной микроскопии световых пластин — методу, который позволяет быстро получать трехмерные изображения с высоким разрешением. Используя настроенную установку, разработанную ранее в лаборатории Партасарати, личинки рыбок данио, содержащие два вида бактерий, отображались каждые 20 минут в течение 14 часов, что позволяло исследователям точно отображать популяции бактерий в кишечнике.Это выявило внезапное резкое сокращение популяций Aeromonas, зависящее от присутствия Vibrio, с последующим возвращением к нормальным темпам роста.
Коллапс популяции Aeromonas, как выяснили исследователи, связан с перистальтикой — ритмическим сокращением и расслаблением кишечника. Два вида бактерий по-разному реагировали на движения кишечника. Вибрионы «распространялись, как пчелиный рой, — сказал Партасарати, — и их не беспокоила перистальтика, в то время как аэромонады собирались в определенных местах, что привело к их изгнанию».Чтобы подтвердить связь, исследователи изучили два вида бактерий у рыбок данио, несущих мутацию, которая приводит к потере кишечной нервной системы, мозгоподобной сети в тканевой выстилке желудочно-кишечного тракта, которая управляет перистальтикой.
В отсутствие перистальтики бактерии сосуществовали без конкуренции.У людей эта мутация типична для пациентов с болезнью Гиршпрунга, врожденным дефектом, который поражает нервные клетки толстой кишки и мышцы, участвующие в перистальтике.
Обычно наблюдается у младенцев вскоре после рождения, это приводит к застреванию фекалий, инфекциям и проблемам с кишечником. «Полученные данные открывают новое окно в проблемах, возникающих у пациентов с проблемной перистальтикой», — сказала соавтор исследования Джудит С. Эйзен. «Наша работа позволяет по-новому взглянуть на эти типы взаимодействий между хозяином и микробом, а также может побудить по-новому взглянуть на терапевтические подходы к лечению заболеваний человека».Другой соавтор, Карен Гийемин, указала, что «около 30 процентов пациентов [Хиршпрунга] заболевают так называемым энтероколитом, связанным с Гиршпрунгом, который представляет собой воспаление толстой кишки и, вероятно, является следствием этого измененного микробиома. Наша работа дает новое понимание того, что могло вызвать воспаление ».