Когда пища, которую мы проглотили, достигает желудка, она попадает в кислую среду. Низкий уровень pH в желудке помогает начать пищеварение и, как считается, убивает бактерии, которые прячутся в пище и могут нанести вред нашему организму.
Тем не менее, недавняя работа лабораторий Экли и Чендлера на кафедре молекулярной биологии Канзасского университета противоречит этой идее, вместо этого предполагая, что более низкий уровень pH в пищеварительном тракте может сделать некоторые бактериальные патогены еще более вредными.
Их результаты, опубликованные в рецензируемом журнале PLOS Pathogens, могут иметь значение для решения кризиса устойчивости к антибиотикам при бактериальных инфекциях во всем мире.
Исследование проводилось с использованием небольших организмов, питающихся бактериями, называемых Caenorhabditis elegans.
«Эти червеобразные животные прозрачны, поэтому мы можем довольно легко наблюдать за тем, что происходит внутри них», - сказал соавтор Брайан Экли, доцент кафедры молекулярной биологии Калифорнийского университета. «Используя чувствительные к pH химические вещества, разработанные в KU, под названием Kansas Reds, мы смогли контролировать pH внутри пищеварительной системы и наблюдать, что происходит, когда они едят вредные бактерии, по сравнению с безвредными бактериями».
По данным исследователей KU, в нормальных условиях при питании здоровыми бактериями пищеварительный тракт C. elegans имеет умеренную кислотность по сравнению с желудком человека. Но желудки этих модельных видов также демонстрируют региональные различия в пищеварительном тракте. Когда они проглатывают болезнетворные микроорганизмы, они нейтрализуют кислую среду.
Это наблюдение показало, что животные могли различать хорошие и плохие бактерии, а вредные бактерии вызывали менее кислый пищеварительный тракт у C. elegans - результат, который противоречит тому, что можно было бы ожидать, если бы кислая среда создавалась для убийства. бактерии.
Чтобы проверить это, исследователи использовали животных с мутациями в генах, которые помогали регулировать рН в пищеварительном тракте.
Когда у животных пищеварительная система была более кислой, они с большей вероятностью были поражены патогенными бактериями - опять же вопреки тому, что можно было бы предположить, если кислотность полезна для уничтожения вредных микробов, которые могут проникнуть в организм с пищей, - сказал Экли. «Наши лабораторные группы смогли показать, что влияние на животных было вызвано именно pH путем добавления основания для буферизации пищеварительного тракта. Мы использовали бикарбонат, тот же агент, который наш организм использует для нейтрализации содержимого желудка, когда оно попадает в наш кишечник. Нейтрализация рН у мутантных животных останавливала ускоренное заражение патогенными бактериями».
Исследователь KU сказал, что разные виды реагируют по-разному, когда их тела чувствуют патогенные бактерии, но некоторые биологические реакции являются общими для многих животных.
«Общая реакция включает создание химических веществ, таких как перекись водорода или хлорноватистая кислота - она же отбеливатель - рядом с бактериями, а затем специализированные иммунные клетки поедают умирающие бактерии», - сказал Экли.«Чтобы обеспечить безопасность нашего тела, иммунная система развертывает эту защиту только тогда, когда она уверена, что она подвергается вторжению. Работа с C. elegans может предложить способ, которым тело может иметь эти защиты готовыми к работе в любой момент, то есть сохранять химическая среда в умеренно кислом состоянии, где создание этих химикатов затруднено, затем, при заражении, просто нейтрализуйте среду, чтобы развернуть защиту."
Коллегами Экли из KU по работе были ведущий автор Саида Беномар, Патрик Лэнсдон и Жозефина Р. Чандлер из отдела молекулярной биологии, а также Аарон Бендер из отдела медицинской химии и Блейк Р. Петерсон из Огайо. Государственный университет.
Исследователи считают, что могут быть причины полагать, что эти системы могут работать аналогичным образом у людей.
Гены, которые они изучили у C. elegans, также существуют у людей и контролируют части иммунной системы. Кроме того, исследования в других лабораториях показали случаи у людей, когда проблемы с регулированием рН связаны с повышенным риском заражения. Двигаясь вперед, исследователи хотят понять механизм на более глубоком уровне.
«Наша цель - усилить эту естественную защитную систему у людей, чтобы либо избежать, либо сократить использование антибиотиков», - сказал Экли. «Прямо сейчас наше использование антибиотиков неустойчиво, и бактерии развивают резистентность с угрожающей скоростью. Если система, обнаруженная у C. elegans, на самом деле все еще присутствует у людей, это предполагает, что бактерии намного медленнее адаптируются к этой защитной стратегии, чем они к антибиотикам."