В пионерском исследовании, опубликованном в настоящее время в «Слушаниях Национальной академии наук США», исследовательская группа во главе с Изабель Гордо из Института Гюльбенкяна де Сьенсия (IGC) (Португалия) в сотрудничестве с исследователем Майклом Лессигом из Кельнского университета (Германия), использовали здоровых мышей для изучения колонизации кишечника в реальном времени и обнаружили ключевую роль бактериального пола в эволюции микробиома млекопитающих. Это открытие представляет собой смену парадигмы и открывает возможность для разработки фаг-ориентированной терапии, способной справиться с последствиями инфекции и применения антибиотиков, а также с бактериями, устойчивыми к антибиотикам.

Большая часть того, что мы знаем о бактериальной колонизации кишечника, получена из исследований с патогенными бактериями в высоко искусственных лабораторных моделях или контекстах заболевания. Стандартные экспериментальные модели, в которых основное внимание уделяется инфекциям, вызываемым патогенными бактериями, и непрерывному лечению антибиотиками, не обнаруживают фаг-управляемый горизонтальный перенос генов (HGT) и предполагают, что бактерии, колонизирующие кишечник, эволюционируют в основном за счет накопления мутаций. Удивительным открытием стало то, что работа исследователей IGC теперь показывает, что HGT, а не мутации, является первым эволюционным механизмом, определяющим темп и результат бактериальной эволюции в здоровой кишке.

Escherichia coli является распространенным колонизатором кишечника человека, а также потенциальным патогеном. На результат колонизации большое влияние оказывают различные скорости и способы эволюции этой условно-патогенной бактерии. E. coli может развиваться в результате мутаций, которые затем наследуются дочерними клетками, или в результате процесса рекомбинации, то есть бактериального пола, в котором генетический материал распределяется между неродственными индивидуумами. В кишечнике мыши и человека эта передача генетического материала включает в себя умеренные бактериофаги (фаги), вирусы, которые заражают бактерии и интегрируются в бактериальную хромосому как профаги, процесс, называемый лизогенией. Пророги могут позже высвободить себя (и свою генетическую информацию) из бактериальной ДНК и заразить другие бактерии в кишечном микробиоме.

Нельсон Фразан, постдокторский исследователь в лаборатории Изабель Гордо и младший автор исследования, говорит: «Фаги, часто классифицируемые как эгоистичные частицы, обнаруживают свою альтруистическую сторону в кишечнике, предоставляя метаболическое преимущество их бактериальному хозяину для покорить и колонизировать кишку ". Генетический материал фага, который передается, позволяет бактериям получить доступ к определенным источникам углерода, присутствующим в кишечнике, что обеспечивает пригодность для переносящих фаг (лизогенных) бактерий-захватчиков.

Мы обнаружили, что классическая модель эволюции не применяется, и фактически горизонтальный перенос генов значительно перекрывает вклад эволюции посредством накопления мутаций в кишечнике здоровой мыши. "

Изабель Гордо, следователь

«Благодаря этой работе мы теперь лучше понимаем, как эволюция работает в нормальных, здоровых хозяевах», – говорит Нельсон Фразан, младший автор публикации.