Кишечная микробиота тесно связана с различными показателями здоровья человека, в том числе известно, что бактерии кишечника выделяют различные сигнальные молекулы и метаболиты, которые могут захватываться клетками организма-хозяина. Международная группа ученых показала, что комменсальные бактерии, входящие в нормальный микробиом кишечника, способны доставлять свои белки напрямую в клетки человека, и эти белки могут влиять на иммунный сигналинг. Для доставки бактерии используют системы секреции III типа — было принято считать, что эти системы свойственны только патогенам, но не безвредным компонентам микробиоты.
Изображение:
Структура мембранного кольца — одного из ключевых элементов системы секреции III типа.
Credit:
123rf.com
Кишечная микробиота значительно влияет на здоровье человека. В частности, нарушения состава микробного сообщества связаны с иммунными, метаболическими и воспалительными патологиями. Однако большинство исследований посвящены корреляции, а молекулярные механизмы обнаруженной связи остаются слабо изученными. Международная группа ученых описала один такой механизм — исследователи показали, что многие кишечные бактерии, в том числе безвредные для человека, доставляют бактериальные белки в клетки хозяина напрямую, с помощью системы секреции III типа (T3SS). Ранее считалось, что такая система свойственна только патогенным бактериям, таким как сальмонелла.
Ученые охарактеризовали секреторные системы бактерий типа Pseudomonadota (ранее Proteobacteria) — они широко распространены в симбиотической кишечной микробиоте человека, но среди них встречаются и многие патогены. Они проанализировали референсные геномы штаммов из образцов кишечника и кала, полученные, например, в рамках проекта по изучению микробиома человека. Оказалось, что 44 из 77 геномов кодировали полноразмерные T3SS. Обнаружение они подтвердили на расширенной выборке, проанализировав геномы 4752 филогенетически разнообразных штаммов из нескольких коллекций. Из 568 Pseudomonadota 449 (79%) имели полноценную T3SS; также встречались системы T4SS и T6SS, способные вводить белки бактерий в клетки хозяина. В общей сложности 527 из 568 геномов Pseudomonatoda (92%) кодировали хотя бы одну систему секреции, нацеленную на хозяина.
С помощью трех взаимодополняющих моделей машинного обучения авторы предсказали около трех тысяч кандидатных белков-эффекторов, которые могут доставляться в клетки человека с помощью T3SS. Сравнение с эффекторами известных патогенов показало, что только 0,5% предсказанных последовательностей имели с ними высокое сходство. Структуры кандидатных эффекторов, предсказанные с помощью AlphaFold, также заметно отличались от известных эффекторов патогенных бактерий.
Однако оставалось неясным, действительно ли комменсальные бактерии вводят обнаруженные кандидатные эффекторы в клетки человека с помощью T3SS. Чтобы это установить, ученые клонировали эти эффекторы, слитые с фрагментом нанолюциферазы, в Salmonella enterica subsp. enterica sv. Typhimurium (S. Typhimurium). Их коинкубировали с клетками-мишенями линии HeLa, экспрессирующими комплементарный фрагмент, который при попадании эффектора в клетку HeLa восстановит функциональную нанолюциферазу. Из 97 кандидатов, обнаруженных у 11 штаммов бактерий, 32 специфично впрыскивались в клетки-мишени.
Протестировать способность самих бактерий вводить эффекторные белки в клетки человека удалось не во всех случаях, но некоторые бактерии, например, Edwardsiella tarda, продемонстрировали такую способность. Это указывает на наличие у комменсальных бактерий кишечника функциональных T3SS, которые служат для доставки эффекторных белков в клетки человека.
Чтобы установить функциональную роль эффекторных белков, обнаруженных у комменсальных бактерий кишечника, авторы составили карту их взаимодействий с белками человека. Картирование выявило 1255 уникальных взаимодействий между 286 эффекторами и 426 белками человека, часть из них исследователи протестировали и подтвердили in vitro.
Наиболее распространенной функцией мишеней была реакция на мурамилдипептид (MDP) — пептид бактериальной клеточной стенки. Интересно, что рецептор MDP, NOD2, связан с восприимчивостью к болезни Крона, аутоиммунному заболеванию кишечника, на этиологию которого значительно влияет микробиом. Также ученые обратили внимание на сигнал путей NF-κB, стресс-активируемой протеинкиназы/Jun-N-терминальной киназы (SAPK/JNK) и переключение изотипов антител.
Другие мишени бактериальных эффекторов были связаны с раком и иммунными заболеваниями, такими как псориаз, астма, аллергии и системная красная волчанка.
Чтобы подтвердить способность выявленных эффекторов влиять на сигналинг в клетках человека, ученые провели эксперименты по стимуляции пути NF-κB. Протестированный эффектор снижал секрецию некоторыхNF-κB-зависимых цитокинов, в том числе в ответ на провоспалительную стимуляцию клеток. Другие эффекторы, напротив, усиливали продукцию цитокинов, особенно IL-6 и IL-8.
Исследователи заключают: T3SS традиционно считались признаком патогенности бактерий человека, однако в микробиоте, например, насекомых они могут выполнять и полезные функции. Работа демонстрирует, что T3SS широко распространены среди комменсальных бактерий кишечника человека и позволяют им влиять на организм хозяина напрямую, вмешиваясь во внутриклеточный сигналинг.
Источник
Young, V., et al. Effector–host interactome map links type III secretion systems in healthy gut microbiomes to immune modulation. // Nat Microbiol (2026). DOI: 10.1038/s41564-025-02241-y