КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 19-74-00146

НазваниеГенные пути, вовлеченные в механизмы реализации устойчивости штамма Bifidobacterium longun GT15 к факторам иммунного ответа в условиях воспалительного процесса

Руководитель Климина Ксения Михайловна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение "Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины имени академика Ю.М. Лопухина Федерального медико-биологического агентства" , г Москва

Конкурс №40 - Конкурс 2019 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-201 - Структурная, функциональная и эволюционная геномика

Ключевые слова Bifidobacterium, пробиотические культуры, воспалительные заболевания кишечника, иммунный ответ, провоспалительные цитокины, высокопроизводительное секвенирование, анализ транскриптома, дифференциальная экспрессия генов

Код ГРНТИ34.19.23, 34.27.21, 34.27.23

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Кишечной микробиотой человека называется совокупность микроорганизмов, населяющих пищеварительный тракт. Большая часть микроорганизмов кишечной микробиоты вовлечена в комменсальные или мутуалистические отношения с организмом человека. Представители комменсальной микробиоты оказывают положительный эффект на здоровье человека и поддерживают нормальное функционирование организма хозяина. Среди анаэробных комменсальных микроорганизмов бифидобактерии являются наиболее ранними колонизаторами. Бифидобактерии обнаруживаются в значительном количестве у 2/3 младенцев в возрасте одной недели [1]. Являясь доминирующей компонентой микробиоты младенцев, бифидобактерии способствуют становлению иммунной системы человека на ранних этапах постнатального развития. В процессе дальнейшего онтогенеза численность бифидобактерий сокращается с 11% у детей в возрасте от 1 до 4 лет до 3% у взрослых [2]. Согласно литературным данным, среди бифидобактерий кишечной микробиоты наиболее представлен вид B. longum [3]. Комменсальные микроорганизмы в составе микробиоты, подобно патогенным, находятся под давлением факторов иммунного ответа организма хозяина. Более того, бифидобактерии обладают ярко выраженными иммуномодулирующими свойствами и способны инициировать воспалительный процесс в присутствии патогенов, стимулируя выработку как противовоспалительных, так и провоспалительных цитокинов и других факторов иммунного ответа [4, 5]. Воспалительные механизмы иммунной системы хозяина, направленные на элиминирование патогенных микроорганизмов, как правило, нацелены на консервативные молекулярные структуры, обнаруживаемые как у патогенов, так и у комменсалов, однако состав нормальной кишечной микробиоты может оставаться стабильным в течение многих лет, что демонстрирует высокую устойчивость микроорганизмов к факторам иммунной системы [6]. На сегодняшний день механизмы, обеспечивающие выживание бифидобактерий и других комменсалов в условиях воспалительного процесса и постоянство репертуара нормальной микробиоты кишечника, остаются малоизученными. В частности, в качестве механизма устойчивости комменсалов к факторам иммунного ответа предполагается модификация липополисахаридов, что повышает резистентность к антимикробным пептидам у представителей типа Bacteroidetes [7]. Среди актинобактерий повышенная резистентность к антимикробным пептидам была показана только для Collinsella aerofaciens [7]. В свою очередь, механизмы устойчивости представителей рода Bifidobacterium к факторам иммунного ответа не изучались. В геномах бифидобактерий отсутствуют ортологи гена, который кодирует предполагаемую ассоциированную с мембраной фосфолипидфосфатазу BT1854 у B. thetaiotaomicron и участвует в реализации вышеупомянутого механизма устойчивости. Все это позволяет предполагать существование иных механизмов и генных путей, выполняющих данную функцию. Согласно литературным данным, некоторые бактерии, преимущественно патогены, способны связывать цитокины хозяина и отвечать формированием биопленок или изменением характеристик вирулентности, а также изменением скорости роста культуры [8]. В частности, экспериментально было показано, что патогенные микроорганизмы Staphylococcus aureus, Acinetobacter spp. и Pseudomonas aeruginosa демонстрируют увеличение роста в ответ на добавление в среду провоспалительных цитокинов TNFα, IL-1β, и IL-6 в различных концентрациях в модели воспаления in vitro [9]. Известные бактериальные цитокин-связывающие белки демонстрируют широкое структурно-функциональное разнообразие и принадлежат к различным семействам [8]. Чувствительность отдельных представителей патогенной микробиоты к факторам иммунного ответа указывает на возможность реализации сходных механизмов цитокиновой индукции у представителей комменсальной микробиоты. Ранее нами были обнаружен и охарактеризован кластер генов бифидобактерий, получивший название PFNA, который включает гены pkb2, fn3, aaa-atp, duf58 и tgm [10]. B структуре FNIII доменов белка, кодируемого геном fn3 кластера PFNA, аннотированы мотивы, характерные для цитокин-связывающего региона рецептора gp-130. Рецептор gp-130 связывает IL-6 и некоторые другие цитокины данного семейства. В пилотных исследованиях была также подтверждена способность FNIII доменов данного белка специфично связывать цитокин TNFα (данные не опубликованы). Мы предполагаем, что продукт гена fn3 может быть медиатором взаимодействия между иммунной системой организма хозяина и бифидобактериальными клетками, обеспечивая связывание цитокинов и участвуя в реализации сигнальных механизмов. Мы предлагаем новый подход для изучения механизмов устойчивости бифидобактерий к факторам иммунного ответа, основанный на применении современных методов, включающий высокопроизводительное секвенирование с последующим анализом транскриптома, поиском дифференциально экспрессирующихся генов и точек старта инициации транскрипции в условиях воздействия провоспалительных цитокинов по сравнению с нормальными условиями. Планируется определить эволюционно стабильные группы генов бифидобактерий, т. е. группы, характеризующиеся сходными филогенетическими профилями. Определение точек старта транскрипции даст возможность точно локализовать сайты посадки факторов транскрипции и на основе этого построить генные сети, вовлеченные в реализацию механизмов устойчивости с помощью экспериментальных и биоинформатических методов. Все это позволит предсказать возможные генные пути, участвующие в реализации механизмов устойчивости к иммунному ответу в условиях воспалительного процесса. На основе анализа экспрессионных данных планируется сделать вывод о транскрипционной активности генов-участников выявленных генных путей. Мы предполагаем изучить возможное влияние добавления в среду провоспалительных цитокинов IL-6 и TNFα в различных концентрациях на рост и экспрессию генов штамма B. longum GT15 и выявить механизмы, обеспечивающие коммуникацию с факторами иммунного ответа организма хозяина, а так же выживаемость бифидобактерий в условиях воспалительного процесса. Точное понимание механизмов, обеспечивающих адаптацию и выживаемость представителей комменсальной микробиоты к факторам иммунного ответа в условиях воспалительного процесса, позволит отбирать эффективные штаммы для целевого применения, в частности, разработки пробиотических лекарственных средств для лечения воспалительных заболеваний кишечника. Также это поможет вести разработку антимикробных агентов для лечения бактериальных инфекций с учетом данных о механизмах устойчивости комменсалов для обеспечения выживаемости нормальной кишечной микробиоты человека в процессе лечения. 1. Adlerberth, I., Strachan, D. P., Matricardi, P. M., Ahrne, S., Orfei, L., Aberg, N., Perkin, M. R., Tripodi, S., Hesselmar, B., Saalman, R., Coates, A. R., Bonanno, C. L., Panetta, V. and Wold, A. E. (2007). Gut microbiota and development of atopic eczema in 3 European birth cohorts. Journal of allergy and clinical immunology, 120(2), 343-350. 2. Ringel-Kulka, T., Cheng, J., Ringel, Y., Salojarvi, J., Carroll, I., Palva, A., de Vos, W. M. and Satokari, R. (2013). Intestinal microbiota in healthy US young children and adults—a high throughput microarray analysis. PLoS one, 8(5), e64315. 3. Turroni, F., Peano, C., Pass, D. A., Foroni, E., Severgnini, M., Claesson, M. J., Kerr, C., Hourihane, J., Murray, D., Fuligni, F., Gueimonde, M., Margolles, A., De Bellis, G., O'Toole, P. W., van Sinderen, D., Marchesi, J. R. and Ventura, M. (2012). Diversity of bifidobacteria within the infant gut microbiota. PloS one, 7(5), e36957. 4. Ruiz, L., Delgado, S., Ruas-Madiedo, P., Sanchez, B., and Margolles, A. (2017). Bifidobacteria and their molecular communication with the immune system. Frontiers in microbiology, 8, 2345. 5. Аверина, О. В., Ермоленко, Е. И., Ратушный, А. Ю., Тарасова, Е. А., Борщев, Ю. Ю., Леонтьева, Г. Ф., Крамская, Т. А., Котылева, М. П., Даниленко, В. Н., Суворов, А. Н. (2015). Влияние пробиотиков на продукцию цитокинов в системах in vitro и in vivo. Медицинская иммунология, Т. 17, № 5, стр. 443-454. 6. Faith JJ, Guruge JL, Charbonneau M, Subramanian S, Seedorf H, Goodman AL, Clemente JC, Knight R, Heath AC, Leibel RL, Rosenbaum M, Gordon JI. (2013). The long-term stability of the human gut microbiota. Science, 341(6141), 1237439. 7. Cullen, T. W., Schofield, W. B., Barry, N. A., Putnam, E. E., Rundell, E. A., Trent, M. S., Degnan, P. H., Booth, C. J., Yu, H. and Goodman, A. L. (2015). Antimicrobial peptide resistance mediates resilience of prominent gut commensals during inflammation. Science, 347(6218), 170-175. 8. Högbom, M., & Ihalin, R. (2017). Functional and structural characteristics of bacterial proteins that bind host cytokines. Virulence, 8(8), 1592-1601. 9. Meduri, G. U., Kanangat, S., Stefan, J., Tolley, E., and Schaberg, D. (1999). Cytokines IL-1 β , IL-6, and TNF-α enhance in vitro growth of bacteria. American journal of respiratory and critical care medicine, 160(3), 961-967. 10. Nezametdinova, V. Z., Mavletova, D. A., Alekseeva, M. G., Chekalina, M. S., Zakharevich, N. V., and Danilenko, V. N. (2018). Species-specific serine-threonine protein kinase Pkb2 of Bifidobacterium longum subsp. longum: Genetic environment and substrate specificity. Anaerobe, 51, 26-35.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---