Новое исследование, проведенное учеными из Университета штата Сан-Диего, предполагает, что древние вирусы, называемые биофагами, могут быть просто набором садовых инструментов, необходимых для выращивания здорового микробиома.
Не нужно заглядывать дальше, чем национальная индустрия пробиотиков на несколько миллиардов долларов, чтобы понять, что многие люди очарованы представлением о влиянии на сложное сообщество бактерий и других микроорганизмов, которые живут в кишечнике человека.
В последние годы исследование за исследованием говорит, что общее состояние здоровья этой внутренней экосистемы имеет решающее значение для общего состояния здоровья и может играть важную роль в развитии таких заболеваний, как ожирение, диабет и рак. Но исследования также показали, что простое проглатывание таблеток, наполненных полезными бактериями, часто не влияет на микробиом, который состоит из десятков триллионов микроорганизмов.
В то время как 1000 или около того видов бактерий в кишечнике, как правило, привлекают все внимание, существует также огромное количество вирусов биофагов, циркулирующих вокруг в этой сложной смеси.
Команда исследователей во главе с молекулярным биологом Лансом Болингом и микробным экологом Форестом Ровером обнаружила, что такие продукты, как искусственные подсластители, солодка, мед, острый соус и орегано, могут стимулировать или подавлять эту вездесущую силу. В ограниченных случаях команда обнаружила, что некоторые продукты могут быть использованы, чтобы побудить фаги уничтожить вредные бактерии или стимулировать рост тех, которые являются полезными.
Эта модель садового инструмента для биофагов несколько отличается от той роли, которая недавно привлекла их к себе.
В связи с тем, что многие бактерии теперь устойчивы к антибиотикам, фаги недавно оказались в центре внимания благодаря своим способностям убийцы охотников. Сан-Диего является домом для одного из самых ярких примеров силы фага. Когда другие методы лечения не помогли, осторожное и экспериментальное применение крошечных вирусов убило неконтролируемую инфекцию, которая поставила сравнительного психолога UC San Diego Томаса Паттерсона в многомесячную кому.
В этом случае жена Паттерсона, эпидемиолог инфекционных заболеваний UCSD Стефани Стратди и широкая группа клиницистов и исследователей из академических кругов и военно-морского флота США искали подходящих фагов, выбирая очень немногих из миллиардов возможностей, которые могли бы атаковать конкретный штамм бактерий acinetobacter baumannii, продуцирующих токсины, который оставил Паттерсона на грани смерти, несмотря на месяцы интенсивной терапии без лишних затрат.
Бактериофаги, по крайней мере те, которые атакуют и уничтожают бактерии, чрезвычайно специфичны. Они охотятся за одним видом бактерий и оставляют в покое всех остальных насекомых.
Но это не единственный способ работы этих простых вирусов. Некоторые функционируют как «профаги», живущие в своих предпочтительных бактериальных хозяевах и часто вносящие сегменты ДНК, которые бактерии могут использовать, чтобы помочь себе противостоять антибиотикам или даже перерабатывать углеводы. Некоторые вещества, такие как антибиотик ципрофлоксацин, побуждают профагов, уже живущих внутри бактерий, внезапно покинуть организм, убивая их хозяев в процессе.
Это особенно элегантное решение, потому что нет необходимости искать подходящий фаг для борьбы с определенными бактериями, как это было в случае с Паттерсоном. Правильный вирус, который выполняет эту работу, уже находится внутри цели, и его просто необходимо изменить, чтобы он изменил свое поведение с помощи на вред.
«То, что мы называем индукцией фага, заставляет уже присутствующие вирусы активировать и эффективно уничтожать бактерии», – сказал Ровер.
Команда SDSU проверила 117 различных «расходных материалов» на четырех разных бактериях и обнаружила, что несколько веществ особенно способны превращать профагов в изгоя.
Сложная стевия, широко используемый заменитель сахара, показала сильную способность вызывать профаги у штамма бактерий Bacteroides thetaiotaomicron, тогда как лучшими результатами в отношении другого потенциально вредного микроба, называемого enterococcus faecalis, были uva ursi, прополис и аспартам. Первый обычно называется толокнянкой, второй – смолой, собранной пчелами, а третий – искусственным подсластителем. Испытания также показали, что стевия, экстракт семян грейпфрута и зубная паста были самыми сильными индукторами профагов для золотистого стафилококка, третьей проверенной бактерии.
Другие соединения, такие как ревень, фернет, кофе арабика и орегано, уменьшали количество вирусных частиц в тестируемых бактериях всех типов. Было обнаружено, что некоторые соединения, в том числе горячие соусы, широко противомикробны, но не обладают изысканным уровнем специфичности, который стал возможен благодаря индукции профагов. Острый соус Табаско был самым распространенным бактериальным жиром из всех.
Соус из Луизианы содержит капсаицин и уксус, оба эти вещества обладают антибиотическими свойствами. Но в Табаско была определенная тайна Каджуна.
«Казалось, что табаско обладает чем-то вроде синергетического эффекта, более мощного, чем то, что можно увидеть, просто сочетая уксус и капсаицин», – сказал Болинг.
Хотя антибактериальные свойства некоторых испытанных соединений, особенно прополиса и стевии, уже наблюдались, результаты исследования показывают, что возможно избирательно стимулировать и убивать различные бактерии в микробиоме человека посредством разумного использования продуктов с ингибирующими и стимулирующими свойствами.
Учитывая, что здоровье кишечного микробиома влияет на все: от когнитивных способностей и настроения до веса и воспаления, идея целенаправленного ухода за этим конкретным садом интригует Стефани Стратди, профессор UCSD, которая помогла спасти жизнь ее мужа с помощью фагов и в настоящее время -директор Центра инновационных фаговых приложений и терапевтики Калифорнийского университета в Сан-Диего.
«Я думаю, что, если вы сможете показать, что можете надежно стимулировать или ингибировать фаги, тогда вы можете использовать этот ландшафтный подход, при котором вы можете выбрать то, что хотите вырастить, и не дать другим расти», – сказал Стратди.
Она отметила, что выводы в документе SDSU, хотя и многообещающие, еще не являются окончательными. Например, в ходе исследования были протестированы только четыре бактерии из числа, предположительно, до 1000 различных видов, присутствующих в кишечнике, что означает, что потребуется более широкое тестирование, чтобы понять, являются ли результаты с четырьмя протестированными видами более широко применимыми. И поскольку эксперименты SDSU проводились в лабораторных условиях, результаты могут отличаться при тестировании внутри человеческого тела.
«Это очень сложная система после того, как вы проводите тестирование внутри тела, поэтому мы не совсем знаем, какие будут последствия», – сказал Стратди. «Но очень приятно думать, что, возможно, когда-нибудь, можно будет внести изменения в диету, чтобы улучшить здоровье не только с помощью фагов для лечения болезней, но и для укрепления здоровья».
Исследование появляется в последнем издании исследовательского журнала Gut Microbes.