В исследованиях на мышах новосибирские учёные показали, что большое количество бактерий Akkermansia muciniphila и Bacteroides acidifaciens в здоровом кишечнике может быть связано с колоректальным раком в будущем. В то же время эти бактерии выполняют в организме много полезных функций и широко используются при создании современных пробиотиков. Статья об исследовании опубликована в Scientific Reports.

«Наша группа на протяжении нескольких лет изучала микробиоту кишечника и то, как она вовлечена в воспалительные процессы. Нам стало интересно исследовать её роль в развитии рака, связанного с воспалительными заболеваниями кишечника (ВЗК). Однажды, работая с экспериментальной моделью колоректального рака, мы обнаружили, что у мышей одной и той же генетической линии, но полученных из разных вивариев, эта модель развивается по-разному: у одной группы животных опухоли в кишечнике почти не появлялись, у другой, наоборот, их было очень много. Мы предположили, что это может быть связано с различиями в составе микробиоты. Секвенирование 16S рРНК с последующим биоинформатическим анализом продемонстрировало: у животных, развивших меньше опухолей, оказалось больше бактерий Akkermansia muciniphila. Это было логично. По широко известным данным, эта бактерия обладает противовоспалительными свойствами и способствует повышению барьерной функций кишечника», — рассказывает научный сотрудник лаборатории моделирования патологий человека Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН (на момент исследования. — Прим. ред.) кандидат биологических наук Ксения Михайловна Ачасова.

Однако исследователей смущало одно обстоятельство: в большинстве исследований о взаимосвязи бактерий с колоректальным раком, как правило, изучалась микробиота кишечника животных (или пациентов) с уже развившимися опухолями. В таких случаях всегда есть вероятность, что наблюдаемое состояние — не причина развития патологии, а его следствие. Поэтому они решили изучить состав микробиоты кишечника у мышей до того, как на них воздействовали веществами, стимулирующими опухолеобразование на фоне хронического воспаления.

«Поскольку мы уже выявили потенциального кандидата, то решили посмотреть именно на A. muciniphila, и оказалось, что в начальной точке эксперимента наблюдалась абсолютно противоположная ситуация: у животных, развивших больше опухолей, было больше этой бактерии на момент, когда они еще находились в здоровом состоянии», — отмечает Ксения Ачасова.

Сотрудники ИМКБ СО РАН совместно с коллегами из Научно-исследовательского института нейронаук и медицины, Международного томографического центра СО РАН и Новосибирского государственного университета решили расширить исследование. В этот раз эксперимент проводился на мышах той же генетической линии из одного института, но содержащихся и разводимых в разных комнатах (они различались как раз по количеству A. muciniphila в кишечнике). Изучали микробиоту кишечника подопытных животных в трёх разных точках: в начальной, то есть в здоровом состоянии, в промежуточной, после того как развилось хроническое воспаление, и в конечной, когда уже ожидалось появление опухолей.

Исследование показало, что наиболее сильные различия в бактериальном сообществе наблюдались в первых двух точках. Удалось выделить три бактерии, количество которых коррелирует с развитием опухолей. Помимо уже известной A. muciniphila, ими оказались Bacteroides acidifaciens и Desulfovibrio fairfieldensis (эта бактерия известна как маркер микробиоты, ассоциированный с хроническим колитом). Если первые две прогнозировали более выраженное развитие опухолей, будучи распространёнными в первой точке, то количество третьей увеличивалось на второй стадии исследования и также коррелировало с опухолеобразованием. Причем возрастание числа D. fairfieldensis при хроническом воспалении положительно коррелировало с количеством A. muciniphila и B. acidifaciens до воздействий. Исследователи предположили, что эти эффекты могут быть связаны со сложным взаимодействием внутри сообщества между отдельными видами бактерий A. muciniphila и B. acidifaciens и D. fairfieldensis в контексте воспаления и ассоциированного с ним опухолеобразования.

Пока не известны механизмы, которые объясняли бы, почему так происходит. Есть только гипотезы. Одна из них касается того, как бактерии воздействуют на иммунную систему. Известно, что микробиота вносит огромный вклад в её развитие и функционирование, в защитные функции кишечника и физиологию эпителиальных клеток. Возможно, в некоторых обстоятельствах A. muciniphila и B. аcidifaciens в ходе воспаления запускают механизмы, которые могут в большей степени способствовать появлению опухолей. Для бактерий рода Desulfovibrio показаны провоспалительные свойства, и увеличение их количества также могло привести к усилению воспалительных реакций.

Другая гипотеза может объяснить происходящее через взаимодействие бактерий в составе микробиоты на уровне метаболитов. «В сообществе между бактериями происходит обмен: некоторые бактерии способны расщеплять сложные вещества и в результате выделять метаболиты, которые могут быть использованы другими бактериями.  Бактерии A. muciniphila и B. аcidifaciens производят короткоцепочечные жирные кислоты, что сопровождается выделением водорода, который может использовать сульфатредуцирующая бактерия D. fairfieldensis, — объясняет Ксения Ачасова. — Однако в рамках данной работы мы не проверяли это предположение в экспериментах».

Авторы подчёркивают, что все имеющиеся на сегодняшний день объяснения взаимосвязи A.muciniphila и B.аcidifaciens с развитием опухолей на фоне воспаления в кишечнике — лишь гипотезы. «На данный момент на основе нашей работы нельзя что-то рекомендовать или делать какие-то однозначные выводы. Однако она может стать основой для дальнейших, более подробных исследований. Микробиота изучается обширно и достаточно давно, и при этом часто новый результат порождает ещё больше вопросов. Интересно было бы изучить механизмы, которые лежат в основе взаимодействия между микроорганизмами внутри сообщества, и найти новые способы регулировать микробиоту, — говорит Ксения Ачасова. — Обращать внимание на эти процессы важно ещё и потому, что перекрёстные метаболические взаимодействия между бактериями часто упускаются из виду при разработке пробиотиков».

Исследование было выполнено при поддержке Российского научного фонда (проект № 23-75-01094). Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.

Текст: Диана Хомякова.
Источник: «Наука в Сибири».