Кишечник человека — сложная экосистема, в которой превалируют бактерии, помогающие переваривать еду и держать под контролем желудочно-кишечный тракт. Среди прочего, в кишечнике находятся так называемые лизогенные бактерии, то есть, содержащие скрытую вирусную ДНК. Когда лизогенные бактерии подвергаются воздействию напряжения, вирусная ДНК активируется и производит вирусы. Недавно было предположено, что пищевые сахара, в частности фруктоза, могут быть одним из триггеров этого процесса.
Около четырёх лет опытов привели Яна-Петера ван Пейкерена (Jan-Peter van Pijkeren) из Висконсинского университета в Мадисоне (University of Wisconsin—Madison), профессора диетологии, и его исследовательскую группу к открытию механизма, объясняющего, как фруктоза — часто используемая в диетических целях — запускает производство вирусов в кишечнике. Когда симбиотический организм Lactobacillus reuteri подвергается богатой фруктозой диете, он производит уксусную кислоту, которая, в свою очередь, запускает производство вирусов.
«Около 50% вирусов, которые содержатся у нас в желудочно-кишечном тракте, появились из лизогенов», — объясняет ван Пейкерен, и его исследование сосредоточено на изучении механизмов, лежащих в основе взаимодействий бактерий, содержащих лизогены.
Роль бактериальных вирусов в кишечнике остаётся неясной. В то время как новые данные показывают, что производство вирусов снижает жизнеспособность L. reuteri в кишечнике, возможно, эти вирусы всё же помогают L. reuteri, убивая другие, соперничающие бактерии. Дальнейшие исследования определяют экологическую роль лизогенных бактерий, в сочетании с последними результатами ван Пейкерена, могут проложить новые пути исследований, которые конкретизируют состав отдельных организмов в кишечнике, включая пробиотики.
L. reuteri живёт внутри многих позвоночных, включая людей. Лаборатория ван Пейкерена разработала различные инструменты для редактирования гена, позволившие им развить L. reuteri как модель для изучения вирусов в ней. Они открыли, что скрытый в обычном состоянии вирус из L. reuteri активируется, когда бактерия проходит сквозь желудочно-кишечный тракт, в конце производя вирусные частицы.
Следующий шаг был — узнать, в какой степени пищевые сахара стимулируют производство вируса. Группа учёных решила сосредоточиться на фруктозе, поскольку она широко представлена в пищевой продукции. С начала 1970-х годов, когда кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы стал экономически эффективным подсластителем, потребление фруктозы в среднем увеличилось в четыре раза.
Мышей кормили богатой фруктозой пищей и, одновременно, L. reuteri. Исследовательская группа выявила, что у мышей, которые питались фруктозой, значительно повысилось производство вирусов из L. reuteri в кишечнике, по сравнению с животными, питавшимися глюкозой.
«Это было необычное наблюдение, но мы хотели знать, почему производство вирусов увеличилось из-за фруктозы, каков механизм. Таким образом, мы стали изучать последовательность ДНК у L. reuteri, чтобы найти гены, продукты которых могли бы участвовать в расщеплении фруктозы. Результаты показали, что L. reuteri может расщеплять фруктозу, впоследствии производя уксусную кислоту».
Исследователи обнаружили, что употребление фруктозы и L. reuteri увеличивало производство уксусной кислоты в кишечнике мышей. Когда исследователи деактивировали метаболический путь, ответственный за производство уксусной кислоты, производство вируса из L. reuteri практически прекратилось. «Эти результаты могут означать, что уксусная кислота сама по себе является триггером для производства вируса», — объясняет ван Пейкерен.
Уксусная кислота является частью группы химических веществ, известных как короткоцепочечные жирные кислоты, клетки могут использовать их для получения энергии. Среди короткоцепочечных жирных кислот в человеческой толстой кишке преобладают, кроме уксусной, пропионовая и масляная кислоты. Исследователи тестировали каждое из этих химических соединений и выяснили, что каждый тип жирных кислот стимулирует производство вирусов тем же метаболическим путём, который L. reuteri использует для уксусной кислоты.
«Таким образом, выработке вирусов способствует не только метаболизм фруктозы у бактерии L. reuteri, производящей уксусную кислоту, но и воздействие короткоцепочечных жирных кислот вообще», — добавляет ван Пейкерен.
Работа ван Пейкерена прокладывает путь будущим исследованиям, направленным на изучение того, как метаболизм бактерии связан с производством вирусов и как на это может влиять наш рацион. Остаются серьёзные вопросы, в том числе, какую роль эти вирусы играют в кишечнике. Предполагается, что понимание механизма производства вирусов, вызванных пищей, в конечном итоге позволит исследователям понять, почему отдельные организмы, такие как пробиотики, устойчивы в кишечнике, и разработать более эффективные способы изменения численности колоний тех или иных бактерий в кишечнике.
