E. coli interacționează cu bacteriile vecine pentru a menține diversitatea intestinală
Stabilitatea microbiomului intestinal uman depinde de interacțiunile dintre diferitele specii bacteriene.
Cu toate acestea, mecanismele moleculare specifice ale acestor interacțiuni, în special între speciile non-dominante, rămân în mare parte neexplorate. O echipă de cercetare de la Universitatea Hosei din Japonia a descoperit o astfel de interacțiune, în care Escherichia coli detectează metaboliții proveniți de la Bifidobacterium printr-un mecanism senzorial special, formând o rețea de comunicare non-dominantă. Această descoperire ajută la explicarea modului în care diversitatea microbiomului intestinal este menținută.
Intestinul nostru conține o lume microscopică numită microbiom intestinal, care adăpostește sute de specii bacteriene și trilioane de bacterii. Aceste microorganisme influențează numeroase aspecte ale sănătății noastre, inclusiv digestia, și ajută la îndeplinirea multor funcții în organism. Bacteriile intestinale concurează pentru nutrienții limitați disponibili în mediu, interacționând totodată în moduri care pot influența stabilitatea comunității microbiene.
Cercetările anterioare s-au concentrat în principal pe identificarea speciilor bacteriene prezente și pe numărul acestora, în timp ce mecanismele moleculare specifice care stau la baza interacțiunii și comunicării lor au rămas în mare parte un mister. De asemenea, cercetările asupra dinamicii microbiotei intestinale au țintit adesea grupuri bacteriene dominante, lăsând interacțiunile dintre speciile mai puțin abundente relativ neexplorate. Persistența acestor bacterii non-dominante sugerează că ele ar putea participa la interacțiuni metabolice specializate care le ajută să ocupe anumite nișe.
Pentru a explora această întrebare, o echipă de cercetare condusă de Kaneyoshi Yamamoto de la Departamentul de Științe de Frontieră și Institutul de Cercetare a Tehnologiilor Micro și Nano, Universitatea Hosei, Japonia, a investigat interacțiunea dintre Escherichia coli (E. coli) și Bifidobacterium, două grupuri bacteriene non-dominante care trăiesc în intestinul nostru. „În mod tradițional, cercetările asupra microbiomului intestinal s-au concentrat pe descoperirea diferitelor specii de bacterii din intestinul nostru. Cu toate acestea, am fost fascinați de viața socială a acestor bacterii”, explică Yamamoto. „Ne-am concentrat asupra E. coli și Bifidobacterium, care sunt două specii minoritare în intestinul nostru. În acest studiu, am descoperit un nou mecanism prin care o bacterie detectează activitatea metabolică a celeilalte.” Rezultatele lor au fost publicate în Volumul 16 al revistei Scientific Reports pe 25 august 2026.
Speciile de Bifidobacterium sunt bacterii benefice pentru intestin, cunoscute pentru capacitatea lor de a descompune carbohidrații complecși, cum ar fi oligozaharidele din laptele uman (HMO). În timpul acestui proces, ele eliberează diferite subproduse metabolice în mediu. Echipa de cercetare a descoperit că E. coli poate detecta molecule specifice dintre aceste produse, folosind sisteme senzoriale specializate. Astfel, E. coli poate obține informații despre activitatea metabolică a unei bacterii vecine din urmele chimice pe care aceasta le lasă în urmă și își poate pregăti metabolismul în consecință. Autorii au denumit acest fenomen „eavesdropping metabolic” (ascultare metabolică).
Pentru a identifica aceste căi senzoriale, cercetătorii au analizat 54 de sisteme de transport diferite corespunzătoare unor 61 de surse de carbon utilizate de E. coli. Au descoperit că aceasta folosește sistemele senzoriale Uhp și Idn pentru a monitoriza un cocktail complex de urme metabolice eliberate de Bifidobacterium. În special, sistemul Uhp este un sistem cunoscut de două componente dedicat perceperii și transportului unei clase speciale de molecule, numite fosfați de hexoză, în special glucoză-6-fosfat (G6P).
Pentru a înțelege mai bine această interacțiune, cercetătorii s-au concentrat pe sistemul Uhp al E. coli. Experimentele au relevat că sistemul Uhp a fost activat doar de metaboliții eliberați de Bifidobacterium și nu de speciile Bacteroides, care domină microbiomul intestinal. Acest lucru sugerează că fosfații de hexoză, inclusiv G6P, care activează sistemul Uhp nu sunt doar produși secundari universali ai metabolismului bacterian, ci sunt eliberați în mod specific de Bifidobacterium.
Pentru a confirma G6P ca molecula principală de detecție în metaboliții proveniți de la Bifidobacterium, cercetătorii au folosit o metodă inovatoare de prindere cinetică. Aceștia au tratat mediul condiționat de Bifidobacterium cu o formă rapidă a enzimei G6P dehidrogenază și cu o variantă mai lentă a aceleași enzime. Enzima rapidă a metabolizat practic semnalele G6P, reducând semnificativ activitatea senzorială Uhp comparativ cu enzima mai lentă, oferind dovezi concludente că G6P este molecula principală de detecție. Cercetătorii au descoperit, de asemenea, că Bifidobacterium eliberează constant G6P în timp ce metabolizează diferite zaharuri, indicând că aceasta este un semnal universal asociat cu metabolismul Bifidobacterium.
Este demn de menționat că cercetătorii sugerează că, deoarece semnalul G6P este de scurtă durată, această comunicare se poate produce doar dacă cele două specii bacteriene trăiesc aproape una de cealaltă, în cadrul unui „hub” spațial de 40 µm. Aceasta înseamnă că bacteriile non-dominante din intestin ar putea să nu trăiască în izolare, ci să formeze hub-uri spațiale în care diferite specii interacționează folosind legături moleculare specifice. Astfel de rețele non-dominante ar putea ajuta la explicarea modului în care diverse specii bacteriene coexistă în intestin și contribuie la stabilitatea și reziliența microbiomului intestinal.
„Rezultatele noastre dezvăluie un nou model pentru reglementarea microbiomului în intestin, care contribuie la stabilizarea mediului intestinal”, subliniază Yamamoto. Privind spre viitor, el afirmă: „Această cercetare ar putea ajuta la dezvoltarea probioticelor de nouă generație, concepute pentru a îmbunătăți interacțiunile microbiene benefice. În plus, aceasta ar putea contribui la dezvoltarea unor terapii intestinale țintite, permițând, în mod potențial, suprimarea bacteriilor dăunătoare, minimizând în același timp perturbarea florei intestinale sănătoase.”
Prin identificarea interacțiunilor ascunse care modelează microbiomul intestinal, acest studiu ar putea deschide calea pentru dezvoltarea unor terapii intestinale specializate pentru diferite boli, care pot îmbunătăți sănătatea și calitatea vieții tuturor.
