Внеклеточные везикулы Грама

npj Биопленки и микробиомы, том 9, Номер статьи: 30 (2023) Цитировать эту статью

1024 доступа

11 Альтметрика

Подробности о метриках

Сейчас хорошо известно, что кишечная микробиота влияет на иммунную систему хозяина. Одним из способов коммуникации бактерий с клетками-хозяевами является секреция везикул — небольших мембранных структур, содержащих различные грузы. Исследования везикул, секретируемых грамположительными кишечными бактериями, их механизмов взаимодействия с хозяином и их иммуномодулирующих эффектов все еще относительно скудны. Здесь мы охарактеризовали размер, содержание белка и иммуномодулирующие эффекты внеклеточных везикул (ВВ), секретируемых недавно секвенированным грамположительным штаммом симбионта кишечника человека - Bifidobacterium longum AO44. Мы обнаружили, что ЭВ B. longum оказывают противовоспалительное действие, индуцируя секрецию IL-10 как из спленоцитов, так и из совместных культур дендритных клеток (DC)-CD4+ Т-клеток. Кроме того, содержание белка EVs показало обогащение транспортерами ABC, белками, чувствительными к кворуму, и внеклеточными белками, связывающими растворенные вещества, которые, как ранее было показано, играют важную роль в противовоспалительном эффекте других штаммов B. longum. Это исследование подчеркивает важность бактериальных везикул в облегчении кишечного бактериального иммуномодулирующего воздействия на хозяина и проливает свет на бактериальные везикулы как на будущие терапевтические средства.

За последние два десятилетия многие исследования продемонстрировали глубокое влияние микробиоты кишечника на физиологию человека1,2,3 с рядом полезных функций, преимущественно связанных с созреванием и модуляцией иммунной системы3,4,5,6,7, 8,9,10,11,12,13,14. Иммуномодулирующие бактерии уже давно идентифицированы нами и другими15,16,17,18, однако охарактеризовано лишь несколько иммуномодулирующих молекул бактериального происхождения19,20,21. Бактериальные везикулы вызвали интерес как объект, который может взаимодействовать как с бактериальными клетками, так и с клетками-хозяевами22. Везикулы представляют собой мембранные структуры, секретируемые как грамотрицательными, так и грамположительными бактериями. Размер везикул варьирует от 20 до 300 нм, они несут различные грузы, в том числе белки (как мембранные, так и цитоплазматические), пептидогликаны, нуклеиновые кислоты и токсины, а также липополисахарид (ЛПС у грамотрицательных бактерий). Везикулы взаимодействуют с бактериями и клетками-хозяевами, усваивая и высвобождая их груз. Эти взаимодействия делают везикулы идеальными для молекулярной доставки на большие расстояния либо к соседним бактериям, либо к иммунным клеткам хозяина. Таким образом, бактериальные везикулы можно использовать в качестве потенциальных терапевтических средств23. Хотя везикулы, продуцируемые грамотрицательными бактериями, изучаются с 1960-х годов24, продукция внеклеточных везикул (ВВ) грамположительными бактериями была продемонстрирована 30 лет спустя25. Несмотря на то, что интерес к везикулогенезу и иммуномодулирующим эффектам грамположительных ЭВ был открыт в 90-х годах, за последнее десятилетие возрос26,27, однако основное внимание при этом уделяется патогенным бактериям, таким как Staphylococcus aureus28, Mycobacterium Tuberculosis29 и Бацилла сибирской язвы30,31. Несколько исследований показали, что только метаболически активные грамположительные бактерии секретируют ЭВ, в отличие от грамотрицательных бактерий32,33, однако недавние исследования показывают, что ЭВ также секретируются в процессе «пузырьковой гибели клеток»34. На сегодняшний день существует ограниченное понимание факторов, участвующих в генетической регуляции везикулогенеза и состояния мембран бактерий, которое обеспечивает высвобождение ЭВ26,35. Среди представителей грамположительной кишечной микробиоты интерес вызвал род Bifidobacterium, поскольку известно, что он разрушает олигосахариды грудного молока и широко распространен в желудочно-кишечном тракте грудных детей36, а также в кишечнике взрослых37. Кроме того, было обнаружено, что виды рода Bifidobacterium влияют как на врожденную, так и на адаптивную иммунную систему, в основном оказывая противовоспалительное действие16,38, при этом на сегодняшний день охарактеризовано несколько эффекторных молекул39,40. Хотя было показано, что некоторые внеклеточные молекулы, такие как Bifidobacterium bifidum pili40 и экзополисахариды Bifidobacterium breve39, вызывают противовоспалительные эффекты, механизмы, посредством которых эти молекулы взаимодействуют с хозяином, до конца не изучены. Важным представителем рода Bifidobacterium является Bifidobacterium longum. Этот вид широко распространен в кишечнике человека, даже среди видов Bifidobacterium41. Было обнаружено, что B. longum оказывает противовоспалительное действие in vitro на клеточные линии42, in vivo на мышиных моделях43 и, что наиболее важно, в клинических исследованиях воспалительных заболеваний кишечника (ВЗК)44. Эти противовоспалительные эффекты объясняются главным образом его способностью снижать окислительный стресс, подавлять секрецию воспалительных цитокинов и увеличивать содержание короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК) в кишечнике45. Однако молекулярные механизмы, лежащие в основе его взаимодействия с хозяином, и терапевтические эффекты еще предстоит открыть. Несколько исследований показали, что ЭВ, секретируемые видами Bifidobacterium, обладают противовоспалительным действием и могут использоваться в качестве вспомогательных средств при лечении аллергии46,47. Например, было обнаружено, что везикулы B. bifidum взаимодействуют с дендритными клетками (ДК) с последующей дифференцировкой регуляторных Т-клеток (Т-рег)47. Интересно, что недавнее исследование выявило потенциал везикул B. longum в облегчении пищевой аллергии посредством индукции апоптоза в тучных клетках46. Хотя исследования иммуномодулирующего действия везикул как грамотрицательных, так и грамположительных кишечных симбионтов начинают появляться26, лишь немногие обнаружили молекулы и механизмы, лежащие в основе этих эффектов. Более того, было показано, что ЭВ нескольких штаммов одного и того же вида вызывают различные иммуномодулирующие эффекты с разными механизмами, что подчеркивает большой потенциал везикул, полученных из тысяч бактериальных штаммов, обнаруженных в кишечнике человека48. Здесь мы демонстрируем иммуномодулирующее действие кишечных бактериальных везикул, продуцируемых недавно секвенированным и аннотированным штаммом Bifidobacterium longum AO44. Наши результаты открывают новые возможности для будущих исследований потенциальных терапевтических эффектов бактериальных везикул.