Американцы воспроизвели микробиом кишечника человека

Полина Гребенкина https://nplus1.ru/news/2022/09/17/human-gut-microbiome

Ученым из Стэнфорда удалось сконструировать сообщество из микроорганизмов, характерных для микробиома кишечника человека. Для этого они собрали вместе 104 вида бактерий. Позже, к сообществу присоединились фекальные микроорганизмы, и такая коллаборация помогла мышам устоять перед патогенной кишечной палочкой. Результаты работы опубликованы в Cell.

Микробиом кишечника — сложное сообщество из множества видов организмов, которое плохо поддается моделированию. Ученым удается либо сделать мини-версию с малым количеством идентифицированных видов или довольствоваться естественными сообществами с большим разнообразием, но не определенным составом. Это сильно осложняет изучение роли микробиома в жизни человека: не совсем понятно, какой именно микроорганизм — виновник патологии, а какие из них можно использовать, чтобы помочь пациентам.

Похоже, что группе ученых из Стэнфордского университета под руководством Майкла А. Фишбаха (Michael A. Fischbach) удалось создать и протестировать наиболее совершенную модель микробиома кишечника человека. Для этого они проанализировали данные проекта «Микробиом человека» (Human Microbiome Project). Проект был запущен в 2014 году для изучения организмов, живущих внутри и снаружи наших тел.

Оказалось, что примерно половина микроорганизмов в кишечнике людей, исследованных в рамках «Микробиома человека», совпадает, и ученые сосредоточились на воссоздании именно этой части микробиома. Путем сложного подбора подходящих для всех организмов условий жизни у ученых получилось сделать сообщество из 104 видов, и это в 2 раза больше, чем удавалось собрать в других моделях.

Затем исследователи перенесли это сообщество мышам, у которых не было микробиома кишечника (обычно таких мышей выращивают в стерильных условиях, лишая их возможности «набрать» микробиом). По анализу фекалий грызунов ученые узнали, что 103 из 104 видов успешно колонизировали их кишечник.

Замороженные штаммы 104 видов организмов сначала подготавливали и соединяли, а потом преорально вводили мышам. В течение 8 недель ученые собирали и анализировали фекалии грызунов. чтобы выяснить, как приживается созданный ими микробиом.Alice G. Cheng / Cell, 2022

Чтобы проверить, насколько микробиом полон и устойчив, можно попробовать добавить еще организмов и посмотреть, будет ли сообщество обогащаться новыми видами или останется неизменным. Ученые ввели мышам сообщества микроорганизмов, полученные из фекалий человека, и оказалось, что при встрече с новыми видами у грызунов увеличивается разнообразие микробиома, а значит сообщество неполное, и его можно расширить новыми видами. Для этого вторгшиеся виды добавили в микробиом. Новая модификация тоже быстро размножилась в кишечнике мышей и колонизировала его, но не давала новым видам, в том числе патогенной кишечной палочке, интегрироваться. Получается, вторая версия микробиома, которую ученые обозначили как hCom2, оказалась полнее и устойчивее первой.

Ученые повторили введение мышам созданного сообщества микроорганизмов, после чего грызунам вводили либо микробиом фекалий человека, либо фосфатный буфер (PBS) как контроль. Созданное учеными сообщество микроорганизмов пополнилось новыми видами и получилось новое — hCom2.Alice G. Cheng / Cell, 2022

Ученым оставалось только проверить, насколько мыши с hCom2 похожи на гуманизированных грызунов, кишечник которых заселен микроорганизмами из фекалий человека. Оказалось, что оба типа мышей похожи друг на друга: у них совпадало количество разных подтипов клеток иммунной системы, и уровни содержания метаболитов в моче и фекалиях тоже были сопоставимы. Такое наблюдение указывает на то, что микробиологи сделали адекватную модель микробиома кишечника, очень похожую на естественное сообщество.

Авторы исследования признают, что в их работе есть недостатки, и модель может быть дополнена:119 видов микроорганизмов не в полной мере воспроизводят состав настоящего микробиома кишечника, содержащий, по разным оценкам, 150-300 видов. Несмотря на это, микробиологи считают результаты своей работы удачной основой для дальнейших попыток воспроизвести сложные сообщества микроорганизмов, населяющих тело человека.

Почувствовать себя ученым и сконструировать микробиом дома не получится, но можно попробовать посмотреть на обитателей своего тела.