Бактерии кишечника младенцев «кормят» друг друга

Развитие микробиоты кишечника младенцев сопровождается заселением энтеробактериями, в частности Escherichia coli. При этом в кишечной микробиоте грудных младенцев доминируют бактерии рода Bifidobacterium, связанные с такими полезными функциями, как индукция иммунотолерантности, формирование резистентности к колонизации патогенами и поддержание целостности кишечного барьера. Однако механизмы формирования кишечного микробиома в раннем возрасте остаются малоизученными. 

Международная группа ученых продемонстрировала взаимовыгодное сотрудничество E. coli и бифидобактерий, которое способствует сосуществованию их популяций в кишечнике. 
Исследователи провели метагеномное секвенирование 78 образцов стула, взятых у 41 здорового младенца в разные периоды времени (в том числе в возрасте двух месяцев, когда все они находились на грудном вскармливании). В первые шесть месяцев жизни, как правило, E. coli сопутствовала одному доминирующему виду Bifidobacterium либо нескольким представленным в большом количестве видам Bifidobacterium. Однако в возрасте двух месяцев относительная численность E. coli была заметно выше, если доминировал только один вид Bifidobacterium.

Основная пища в раннем возрасте — грудное молоко, которое содержит лактозу в качестве основного углевода, а также олигосахариды, которые не всасываются в кишечнике младенца и служат источником питания для микроорганизмов. E. coli не способна расщеплять олигосахариды грудного молока, однако она может поглощать моно- и дисахариды (в частности остаточную лактозу), что, вероятно, объясняет ее распространенность у младенцев на грудном вскармливании. Еще одним источнком простых сахаров может служить внеклеточное расщепление олигосахаридов грудного молока, к которому способна бактерия B. bifidum. Однако неизвестно, получает ли от нее пользу E. coli.

Чтобы выяснить это, ученые проанализировали метаболизм наиболее распространенного олигосахарида в грудном молоке — 2′-O-фукозил-лактозы (2’FL), наиболее распространенного HMO в грудном молоке. Они установили, что B. bifidum расщепляет его, но оставляет непереработанными галактозу и фукозу, а их затем поглощает E. coli. 

Авторы предположили, что сосуществование E. coli и Bifidobacterium сопровождается взаимовыгодным обменом — при дефиците питательных веществ E. coli, получающая доступные углеводы за счет бифидобактерий, может снабжать их незаменимыми аминокислотами. Они поставили опыт по совместной культивации E. coli (штамм K12) и изолята B. bifidum, ауксотрофного по цистеину, то есть неспособного синтезировать цистеин. В среду добавляли 2’FL, но не цистеин или гидролизат казеина (молочного белка). Через 24 часа в совместной культуре наблюдалось помутнение, которое свидетельствовало о росте. Флуоресцентное окрашивание по Граму подтвердило сосуществование обоих видов на протяжении всего эксперимента. Кроме того, в случае, если бактерии одного из видов убивали этанолом перед инокуляцией, роста не наблюдалось — это указывает на необходимость активного метаболического взаимодействия. 

Таким образом, штамм E. coli K12 может способствовать росту и метаболической активности ауксотрофного штамма B. bifidum, снижая его зависимость от цистеина. В свою очередь, B. bifidum расщепляет 2’FL и тем самым снабжает E. coli источниками углерода. Такой метаболический обмен поддерживает сосуществование этих двух бактерий в кишечнике младенцев, находящихся на грудном вскармливании. 

Раннее отлучение от груди влияет на микробиом младенца и повышает риск развития астмы