Ученым из Стэнфорда удалось сконструировать сообщество из микроорганизмов, характерных для микробиома кишечника человека. Для этого они собрали вместе 104 вида бактерий. Позже, к сообществу присоединились фекальные микроорганизмы, и такая коллаборация помогла мышам устоять перед патогенной кишечной палочкой.

Результаты работы опубликованы в Cell.

Микробиом кишечника — сложное сообщество из множества видов организмов, которое плохо поддается моделированию. Ученым удается либо сделать мини-версию с малым количеством идентифицированных видов или довольствоваться естественными сообществами с большим разнообразием, но не определенным составом. Это сильно осложняет изучение роли микробиома в жизни человека: не совсем понятно, какой именно микроорганизм — виновник патологии, а какие из них можно использовать, чтобы помочь пациентам.

Похоже, что группе ученых из Стэнфордского университета под руководством Майкла А. Фишбаха (Michael A. Fischbach) удалось создать и протестировать наиболее совершенную модель микробиома кишечника человека. Для этого они проанализировали данные проекта «Микробиом человека» (Human Microbiome Project). Проект был запущен в 2014 году для изучения организмов, живущих внутри и снаружи наших тел.

Оказалось, что примерно половина микроорганизмов в кишечнике людей, исследованных в рамках «Микробиома человека», совпадает, и ученые сосредоточились на воссоздании именно этой части микробиома. Путем сложного подбора подходящих для всех организмов условий жизни у ученых получилось сделать сообщество из 104 видов, и это в 2 раза больше, чем удавалось собрать в других моделях.

Затем исследователи перенесли это сообщество мышам, у которых не было микробиома кишечника (обычно таких мышей выращивают в стерильных условиях, лишая их возможности «набрать» микробиом). По анализу фекалий грызунов ученые узнали, что 103 из 104 видов успешно колонизировали их кишечник.

Замороженные штаммы 104 видов организмов сначала подготавливали и соединяли, а потом преорально вводили мышам. В течение 8 недель ученые собирали и анализировали фекалии грызунов. чтобы выяснить, как приживается созданный ими микробиом. / Alice G. Cheng / Cell, 2022

Чтобы проверить, насколько микробиом полон и устойчив, можно попробовать добавить еще организмов и посмотреть, будет ли сообщество обогащаться новыми видами или останется неизменным. Ученые ввели мышам сообщества микроорганизмов, полученные из фекалий человека, и оказалось, что при встрече с новыми видами у грызунов увеличивается разнообразие микробиома, а значит сообщество неполное, и его можно расширить новыми видами. Для этого вторгшиеся виды добавили в микробиом. Новая модификация тоже быстро размножилась в кишечнике мышей и колонизировала его, но не давала новым видам, в том числе патогенной кишечной палочке, интегрироваться. Получается, вторая версия микробиома, которую ученые обозначили как hCom2, оказалась полнее и устойчивее первой.

Ученые повторили введение мышам созданного сообщества микроорганизмов, после чего грызунам вводили либо микробиом фекалий человека, либо фосфатный буфер (PBS) как контроль. Созданное учеными сообщество микроорганизмов пополнилось новыми видами и получилось новое – hCom2. / Alice G. Cheng / Cell, 2022

Ученым оставалось только проверить, насколько мыши с hCom2 похожи на гуманизированных грызунов, кишечник которых заселен микроорганизмами из фекалий человека. Оказалось, что оба типа мышей похожи друг на друга: у них совпадало количество разных подтипов клеток иммунной системы, и уровни содержания метаболитов в моче и фекалиях тоже были сопоставимы. Такое наблюдение указывает на то, что микробиологи сделали адекватную модель микробиома кишечника, очень похожую на естественное сообщество.

Авторы исследования признают, что в их работе есть недостатки, и модель может быть дополнена:119 видов микроорганизмов не в полной мере воспроизводят состав настоящего микробиома кишечника, содержащий, по разным оценкам, 150–300 видов. Несмотря на это, микробиологи считают результаты своей работы удачной основой для дальнейших попыток воспроизвести сложные сообщества микроорганизмов, населяющих тело человека.