Bacteroidota: без клітковини вона їсть вашу вистилку

Попросіть більшість людей розсортувати бактерії — і ви отримаєте дві купки: хороші з реклами йогурту і погані з дверної ручки. Bacteroidota не лягає в жодну купку, і це не дипломатичний виверт, а те, що каже опублікований доробок. Той самий тип, який перетравлює ту частину вашої вечері, якої не здолаєте ви, і який допомагає вчити ваш імунітет, що терпіти, — це та сама група, що виринає в більшості анаеробних інфекцій, коли потрапляє туди, куди не мала б. Тож розгляньмо переваги й недоліки по черзі, щоразу називаючи дослідження.

Що це таке, одним реченням

Bacteroidota — це тип, дуже велика гілка бактеріального родоводу, до якої належать грамнегативні бактерії без спор, чиї представники спеціалізуються на розщепленні складних цукрів. Її кишкові представники — суворі анаероби; до типу належать і ґрунтові та водні лінії, які живуть із киснем.

Ця спеціалізація і є наскрізною лінією. Огляд біології цього типу 2019 року описує спільний набір інструментів: представники пакують свої ферменти, активні щодо вуглеводів, у локуси утилізації полісахаридів — генні кластери, що вмикаються лише тоді, коли відповідний цукор справді поряд, — і виштовхують ці ферменти назовні через систему секреції, яка є в цьому типі і майже більше ніде ⁴. Це ощадна конструкція. Не роби фермент, доки не приїхала їжа.

Де вона живе у вас

Здебільшого у товстій кишці, і у величезній кількості. Коли Екбурґ і колеги 2005 року в Science розібрали 13 355 послідовностей гена рибосомної РНК зі слизової товстої кишки та калу трьох здорових дорослих — одна з перших спроб прочитати кишківник, не намагаючись нічого виростити, — Bacteroidetes повернулися як один із двох відділів, що панують у здоровій товстій кишці ². Пізніші роботи виявили, що спільнота розкладається на невелику кількість повторюваних устроїв, а не на плавний градієнт: аналіз у Nature 2011 року визначив три стійкі кластери в когортах із кількох країн, і один із них вела Bacteroides ¹².

Цей тип не лише кишковий. Його родичі живуть у роті, у дихальних шляхах і в піхві, а поза тілом він панівний тип ґрунту, де та сама ферментна машинерія розбирає рослинні та грибні глікани замість харчової клітковини ⁴.

Що вона робить для нас

Вона їсть те, чого не можете ви. Ваш власний геном кодує тонкий набір вуглеводних ферментів. Їхній — величезний. Коли Сюй і колеги опублікували 2003 року в Science повний геном Bacteroides thetaiotaomicron, у протеомі з 4 779 білків знайшовся витончений апарат для добування та розщеплення тих харчових полісахаридів, які інакше не перетравлюються, плюс велика система відчуття, щоб з'ясувати, який саме цукор надійшов ³. Продукти цього бродіння — коротколанцюгові жирні кислоти — і є пальним, на якому працює вистилка вашої товстої кишки.

Вона допомагає будувати імунну систему. Це та знахідка, що змінила, як ця галузь говорить про коменсалів. Мазманян і колеги показали 2005 року в Cell, що одна-єдина молекула з Bacteroides fragilis, полісахарид А, керує дозріванням імунної системи господаря: заселення стерильних мишей цією бактерією виправило системні нестачі Т-клітин і перекоси Т-хелперів та спрямувало розвиток лімфоїдних органів, тоді як мутант без цього полісахариду цього не зробив ⁷. Один бактеріальний цукор виконує роботу з розвитку, якої миша сама зробити не могла.

Засторога, сказана вголос: це були стерильні миші. Це чиста демонстрація механізму, а не доказ, що бодай якесь конкретне втручання в людини його відтворює.

Вона тримає слизовий бар'єр у формі — якщо ви її годуєте. Десаї та колеги, пишучи 2016 року в Cell, посадили мишей із визначеною людською кишковою спільнотою на раціон без клітковини; позбавлені рослинних полісахаридів, бактерії взялися за власні слизові глікопротеїни господаря як джерело поживи, шар слизу в товстій кишці зруйнувався, і тварини стали куди вразливішими до слизового збудника ⁵. Організми не стали злими. Вони з'їли єдину субстанцію, що лишилася.

Що вона робить проти нас

Поза кишківником це серйозний збудник. Огляд Ганни Векслер у Clinical Microbiology Reviews прямий щодо арифметики: види Bacteroides трапляються в більшості анаеробних інфекцій із супутньою смертністю понад 19 %, а B. fragilis, яка становить лише близько 0,5 % мікрофлори товстої кишки людини, — найчастіше виділюваний анаеробний збудник, і це завдяки її чинникам вірулентності, а не чисельності ⁶. Коли стінку кишківника прориває операція, перфорація чи травма, тихий мешканець стає гнояком.

Вона несе грізну стійкість до антибіотиків. Той самий огляд зазначає, що види Bacteroides мають найбільше механізмів стійкості до антибіотиків і найвищі показники стійкості з усіх анаеробних збудників, зі зростанням клінічної стійкості до цефокситину, кліндаміцину, метронідазолу, карбапенемів і фторхінолонів ⁶. Це привід для розважливого призначення антибіотиків, а не для страху перед власною товстою кишкою.

На один тип штамів заведено онкологічну теку. Деякі B. fragilis несуть ген токсину, який вони виділяють. Ву і колеги показали 2009 року в Nature Medicine, що ентеротоксигенна B. fragilis, на відміну від нетоксигенної форми, запускала коліт і сильно спричиняла пухлини товстої кишки в мишачій моделі кишкових новоутворень — через запальний шлях Th17, який вдавалося заблокувати нейтралізацією інтерлейкіну-17 ⁸. У людей Болей і колеги порівняли біопсії слизової у 49 пацієнтів із новоутвореннями товстої кишки з 49 контрольними і знайшли ген токсину у 85,7 % зразків зліва та 91,7 % справа проти 53,1 % і 55,5 % контрольних біопсій ⁹.

Засторога, і вона велика: це зв'язок у невеликому дослідженні, половина контрольної групи теж несла цей ген, а носити ген токсину — не те саме, що захворіти на рак. Робота на мишах показує, що механізм існує; робота на людях показує кореляцію, варту вивчення. Жодна з них не показує причинності в людей.

У роті один представник переписує цілу кімнату. Porphyromonas gingivalis належить до цього типу і є засновницьким прикладом гіпотези ключового збудника, викладеної в Nature Reviews Microbiology 2012 року: нечисленний організм, який спричиняє хворобу не тим, що переростає всіх інших, а тим, що перебудовує загалом сумирну спільноту на шкідливу ¹⁰.

Назва: Bacteroidota, колишні Bacteroidetes

Обидві назви правильні; одна з них чинна. Донедавна ранг типу не мав статусу в офіційному кодексі найменування прокаріотів. Щойно він його дістав, Орен і Ґерріті 2021 року опублікували офіційні описи, які надали чинного статусу 42 назвам типів, і Bacteroidetes упорядкували як Bacteroidota ¹. NCBI Taxonomy веде тип під його теперішньою назвою, а «бактерії групи CFB» подає як давніший неофіційний ярлик; ідентифікатор у таксономії є на панелі організму на цій сторінці. Якщо ви шукаєте в літературі, шукайте обидва написання — більшість класичних статей вище вийшли під старим.

Заголовок про «співвідношення стрункого кишківника» і чому йому не варто вірити

Ви, найпевніше, зустрічали твердження, що високе співвідношення Bacteroidetes до Firmicutes означає стрункий кишківник. Воно не встояло. Зе і Шлосс об'єднали 2016 року в mBio десять незалежних наборів даних і виявили: хоча деякі показники різноманіття слабко пов'язані з ожирінням, співвідношення Bacteroidetes до Firmicutes і чисельність кожного типу окремо — ні; моделі машинного навчання, натреновані на одному наборі даних і перевірені на решті, дали медіанну точність класифікації від 33,01 % до 64,77 %, а різниця в різноманітті за Шенноном між людьми з ожирінням і без нього становила 2,07 % ¹¹.

Ось чесний підсумок десятиліття заголовків. Цей тип надзвичайно важить для того, як працює ваш кишківник. Але за наявних доказів це не шкала, яку можна зчитати з аналізу калу і на неї зважати.