Все патогенные серовары Salmonella вырабатывают H2S, так что ученые из Калифорнийского университета в Дэвисе предположили, что это результат отбора. Они показали, что Salmonella enterica серовара Typhimurium вырабатывает H2S, и это не дает родственному сальмонеллам виду E. coli воспользоваться ростом уровня кислорода в просвете кишечника. Однако ингибирование роста кишечной палочки происходит только в присутствии бактерий типа Deltaproteobacteria. Таким образом, H2S дает сальмонеллам конкурентное преимущество и повышает их содержание в фекалиях, что является основной движущей силой естественного отбора при передаче бактерий фекально-оральным путем.
Credit:
123rf.com
Сальмонеллы — патогенные представители семейства Enterobacterales, которые можно отличить от близкородственных видов Enterobacterales, таких как Escherichia coli, по их способности продуцировать сероводород (H2S). Ферменты для синтеза этого вещества из тиосульфата и сульфита находятся в оперонах phsABC и asrABC соответственно. Эти опероны экспрессируются в ходе роста Salmonella enterica серовара Typhimurium (S. Typhimurium) в просвете кишечника мышей. Сероводород производят все сероварыSalmonella, ассоциированные с заболеваниями кишечника. Вероятно, это результат отбор, но его механизм неясен.
Сероводород может ингибировать цитохром с оксидазу в митохондриальной дыхательной цепи. Ученые из Калифорнийского университета в Дэвисе предположили, что продукция сероводорода S. Typhimurium, опосредованная phsABC и asrABC, позволяет патогену ограничивать рост конкурентов, таких как E. coli, путем ингибирования их аэробного дыхания.
При заражении мышей S. Typhimurium использует две системы секреции III типа (T3SS-1 и T3SS-2), чтобы вызвать воспаление в слепой кишке. Воспалительный ответ организма хозяина повышает уровень кислорода в просвете кишки, что ускоряет рост бактерии благодаря активизации аэробного дыхания. Однако при одновременном заражении мышей без патогенов бактериями S. Typhimurium и E. coli последние не получали преимущества в росте, то есть не могли воспользоваться избытком кислорода, даже если у них был цитохром bd.
S. Typhimurium при заражении мышей локализуется на подвздошных пейеровых бляшках, подавляет всасывание желчных кислот и нарушает опосредованную FGF15 отрицательную обратную связь. Увеличивается количество бактерий типа Deltaproteobacteria (Myxococcota, облигатных анаэробов, вырабатывающих сероводород), однако концентрация желчных кислот в просвете слепой кишки мышей, зараженных S. Typhimurium, снижалась.
Возможно, это происходит из-за того, что липополисахариды уменьшают содержание в печени цитохрома P450, ключевого фермента для синтеза первичных желчных кислот. Заражение мышей S. Typhimurium действительно повышает бактериальную нагрузку в их печени. Авторы подтвердили, что экспрессия генов Cyp7a1, Cyp8b1 и Cyp7b1, отвечающих за синтез желчных кислот, снижалась при заражении. Так что S. Typhimurium подавляет не только всасывание желчных кислот, но и их синтез.
Ферменты, кодируемые опероном ttrABC S. Typhimurium, восстанавливают тетратионат (S4O62−) до тиосульфата (S2O32−). Тиосульфат далее восстанавливается до сульфита (SO32−) и сероводорода ферментами, кодируемыми опероном phsABC. Наконец, S. Typhimurium восстанавливает сульфит до сероводорода и воды, используя ферменты, кодируемые опероном asrABC. Интересно, что мутанты, не способные продуцировать тиосульфат (мутант ttrABC) или сульфит (мутант phsA), все равно повышали количество бактерий Deltaproteobacteria при заражении мышей. Однако относительная численность Deltaproteobacteria была значительно снижена в слепой кишке мышей, инфицированных мутантом S. Typhimurium, неспособным продуцировать сероводород (мутант phsA asrA). Этот же мутант не мог помешать E. coli воспользоваться ростом уровня кислорода в просвете кишечника при заражении.
Авторы сделали вывод, что сероводород, вырабатываемый S. Typhimurium, прямо или опосредованно препятствует росту E. coli. Гидросульфид натрия (NaHS) тоже нивелировал преимущества в росте E. coli, опосредованные цитохромом bd. Образование сульфида, опосредованное phsABC и asrABC, давало преимущество S. Typhimurium в росте только в присутствии близкородственного конкурента, такого как E. coli. Однако дальнейшие опыты на мышах без микробиоты показали, что сероводород дает S. Typhimurium преимущество только в присутствии бактерий типа Deltaproteobacteria.
Таким образом способность продуцировать сероводород позволяет S. Typhimurium получать преимущество во время конкуренции с близкими родственниками, такими как E. coli, и поддерживать высокую численность патогенов в фекалиях. Высокая концентрация S. Typhimurium в фекалиях необходима для передачи фекально-оральным путем, что является основной движущей силой естественного отбора, действующего на кишечный патоген.
Источник:
Anaïs B. Larabi, et al. Salmonella produces sulfide to compete with Escherichia coli in the gut lumen // PNAS (2025), 12 September 2025, DOI: 10.1073/pnas.2504095122