Ученые из Бирмингемского и Ньюкаслского университетов выявили и охарактеризовали один из ключевых ферментов, участвующих в питании кишечных бактерий. Это важный шаг в понимании сложных взаимоотношений кишечной флоры, данных о которых сегодня недостаточно. Исследователи полагают, что механизм, который задействует фермент при питании микроорганизмов, можно будет использовать при разработке новых диагностических методов для определения кишечных заболеваний.

Работа опубликована в журнале Nature Communications.

Желудочно-кишечный тракт человека является домом для большого и сложного сообщества микробов, наибольшая плотность которых собирается в толстой кишке, где количество бактериальных клеток оценивается примерно в 100 триллионов.

Слизь, выстилающая кишечник, называется муцинами (или мукопротеинами) и представляет собой семейство высокомолекулярных гликопротеинов, содержащих кислые полисахариды (гликаны). Они создают барьер между сложными популяциями кишечных бактерий и остальным организмом. Слизь защищает эпителиальные клетки человека как от нормальной биоты, так и от патогенной. Этими же полисахаридами питаются некоторые важные кишечные бактерии.

Исследователи из Бирмингемского и Ньюкаслского университетов изучили, как функционирует один из ключевых ферментов, участвующих в этом питании. Выяснилось, что фермент, располагающийся на внешней стороне бактериальной клетки, отсекает часть молекул муцинов, забирая их внутрь бактерии. Таким образом и происходит питание.

Известно, однако, что при определенных заболеваниях гликаны в организме меняются. Ученые предполагают, что это их свойство можно будет использовать в анализе биопсии — в качестве биомаркера ранней диагностики различных заболеваний.

«Слизь немного похожа на структуру дерева с множеством ветвей и листьев, — объясняет ведущий автор работы, доктор Люси Крауч из Бирмингемского университета. — Многие из найденных на сегодня ферментов могут отсекать часть этих листьев, но обнаруженный нами фермент способен отрубить целую ветвь».

Такой яркий механизм, надеются исследователи, может стать хорошим подспорьем для диагностики различных заболеваний. И ученые уже показывают этот процесс на практике.

Так, они исследовали ткани взрослых людей, страдающих язвенным колитом, колоректальным раком, а также некротизирущим энтероколитом (заболевание, при котором кишечник воспаляется и может начать отмирать) у недоношенных детей. Добавляя фермент к образцам биопсии и подкрашивая гликаны флуоресцентным красителем, исследователи смогли получить полезную информацию о структуре кишечных полисахаридов, а значит, и об имеющихся заболеваниях.

«Несмотря на то что мы до сих пор не понимаем, из чего состоят гликановые структуры, есть возможность увидеть отличия между здоровой и нездоровой тканью. Поэтому есть перспективы того, что мы сможем использовать ферменты для более качественной диагностики заболеваний на самых ранних стадиях их развития», — добавляет доктор Люси Крауч.