Ответы на загадки микробиома в жабрах радужной форели

Радужная форель
                Кредит: CC0 Public Domain

В то время как многие иммунологи используют мышиные модели для проведения своих исследований, Дж. Ориол Суньер из Школы ветеринарной медицины Пенна разработал трансформационные научные открытия, используя совершенно другое существо: радужную форель.
                                                                                       

В статье, опубликованной на обложке журнала Science Immunology, Санниер и его коллеги разработали метод манипулирования иммунной системой форели, чтобы раскрыть новое понимание того, как животные защищаются от инфекции, способствуя здоровый микробиом. В работе рассматривается десятилетний вопрос о том, эволюционировали ли антитела слизистой оболочки — те, которые присутствуют на поверхностях слизистой оболочки тела, таких как кишечник, или в случае рыб, жабр — для борьбы с патогенами или для сохранения здорового микробиома. Как выяснилось, иммуноглобулины слизистой оболочки с самого начала эволюционировали в обеих ролях во время эволюции позвоночных.

«Возможно, вы думаете:» Радужная форель? Мы ловим рыбу для них; мы едим их «, — говорит Суньер. «Но оказывается, что они также могут многое рассказать нам о некоторых фундаментальных биомедицинских, эволюционных и иммунологических вопросах».

В частности, Sunyer и коллеги обнаружили, что антитело слизистой оболочки, иммуноглобулин, известный как IgT, имеет решающее значение как для борьбы с патогенами, так и для регулирования микробиома жабр рыб, типа ткани, который имеет сходство с несколькими поверхностями слизистой оболочки млекопитающих, такими как кишечник.

«Мы обнаружили, что IgT играет две парадоксальные роли — с одной стороны, уменьшая количество вредных микробов, а с другой стороны, способствуя присутствию определенных полезных бактерий», — говорит Суньер. «Рыба является самым ранним костистым позвоночным животным, обладающим иммунной системой слизистой оболочки, и поэтому тот факт, что рыба обладает специализированным иммуноглобулином, который выполняет обе функции, предполагает, что эти два процесса настолько фундаментально важны для выживания позвоночных, что они возникли одновременно, на раннем этапе эволюции». «

В течение почти 20 лет лаборатория Sunyer’s вносила постоянный поток открытий, касающихся эволюции и роли иммунной системы, использующей рыб в качестве модельных видов. В 2010 году оригинальная статья в журнале Nature Immunology, опубликованная на обложке журнала, определила роль IgT. Впервые было продемонстрировано, что рыба обладает формой иммунитета слизистой оболочки — более специализированным ответом на патогенные микроорганизмы, которые попадают в организм из окружающей среды; в этом случае через жабры, кожу и кишечник рыбы.

«До этого мы думали, что только четвероногие животные, или четвероногие, обладают иммунитетом слизистой оболочки», — говорит Суньер. Это исследование продемонстрировало индукцию сильных IgT-ответов при заражении патогеном слизистой оболочки.

Группа также показала, что IgT покрывает большую часть бактерий, которые являются частью микробиома рыб, сообщества бактерий и других микробов, которые обитают в различных тканях тела животных. Это заставило исследователей задуматься о том, какая функция возникла в первую очередь для иммуноглобулинов слизистой оболочки позвоночных: борьба с патогенами или сохранение здорового микробиома.

«У млекопитающих иммуноглобулин IgA, по-видимому, выполняет аналогичную функцию с IgT у рыб», — объясняет Суньер. «За последние несколько лет были проведены некоторые ключевые исследования, показывающие, что IgA необходим для контроля микробиома млекопитающих. У мышей и людей, у которых отсутствует IgA, их микробиом меняется: полезные бактерии снижаются, а потенциально вызывающие заболевания бактерии повышаются . «

Слабость этих исследований на млекопитающих, у которых отсутствует IgA, отмечает Саньер, заключается в неспособности разделить точную роль IgA в сохранении сбалансированного микробиома, поскольку недостаток IgA с рождения препятствует созданию здоровой микробиоты у этих животных. .

Чтобы лучше понять роль иммуноглобулинов слизистой оболочки в сохранении здорового микробиома, Санниер и его коллеги разработали модель для взрослых рыб, в которой исследователи могли временно истощить их IgT, продолжительностью около двух месяцев.

Таким образом, они могли бы изучать роль IgT в сохранении, а не в создании здорового микробиома, а также оценивать чувствительность к патогенам рыб, лишенных IgT.

Когда они истощали IgT, исследователи обнаружили, что уровни паразита на слизистой оболочке значительно увеличились, подчеркивая роль иммуноглобулина в защите от вредных захватчиков. Но они также увидели драматическое влияние на состав микробиома: истощенные IgT рыбы потеряли покрытие IgT на бактериальном сообществе в своих жабрах и имели больше бактерий, «убегающих» с поверхностей жабр и попадающих под слой ткани, что приводит к повреждению тканей и воспалению. .

Внимательно изучив бактерии, покрытые IgT у нормальных животных, исследовательская группа обнаружила, что IgT нацелены на определенные виды по сравнению с другими. Эти виды включали бактерии, связанные как со здоровьем, так и с болезненными состояниями у рыб — аналогично тому, что было обнаружено с IgA у млекопитающих.

Крайне важно, что авторы обнаружили, что общий микробиом у истощенных по IgT рыб был значительно изменен в течение сдвига, известного как дисбиоз. Общее разнообразие присутствующих бактерий уменьшилось, число полезных бактерий, таких как бактерии, продуцирующие короткоцепочечные жирные кислоты, которые имеют решающее значение для поддержания целостности тканей и иммунного гомеостаза, также уменьшилось, в то время как виды, связанные с болезнями, увеличились.

«Мы видим, что существуют определенные микробы, которые необходимо контролировать», — говорит Суньер. «Либо они вредны и имеют тенденцию убегать и вызывать проблемы в соседних тканях в отсутствие IgT, либо, возможно, они полезны, но требуют IgT для колонизации поверхностей слизистой оболочки. Как у рыб, так и у млекопитающих, теперь кажется очевидным, что их соответствующие слизистые оболочки иммуноглобулины делают эту работу. «

Одним из больших преимуществ метода истощения IgT исследователя является то, что он является временным и применяется у взрослых животных. После нескольких недель истощения уровень IgT у рыб возвращается к норме. Таким образом, исследователи смогли отследить микробиом по возвращении IgT, наблюдая за тем, что означало восстановление; микробы в жабре восстановили покрытие IgT, микробиом был восстановлен в своем первоначальном составе, и повреждение тканей и воспаление, которые были видны вокруг жабр, были обращены вспять.

«В исследованиях по микробиомам восстановление очень важно», — говорит Саньер. «Когда вы принимаете антибиотик, вы можете нарушить свой микробиом до такой степени, что восстановление может занять очень много времени, но используемое нами возмущение удаления IgT оказало глубокое, но временное воздействие на композицию микробиома, которая претерпела быстрое восстановление . «

Поскольку все больше научных исследований выявляют связи между микробиомом и различными аспектами здоровья от поддержания здорового веса до риска возникновения рака или даже неврологических состояний, таких как болезнь Альцгеймера и шизофрения, Суньер надеется, что его модель рыбы найдет еще больше применений .

«Изучения только моделей млекопитающих недостаточно для понимания роли микробиома во всех этих физиологических процессах», — говорит Суньер.

Поскольку симбиотические отношения между позвоночными и их микробиомом очень древние, и тот, который впервые процветал с появлением слизистых иммуноглобулинов у рыб, Суньер говорит, что «радужная форель поможет нам обнаружить основные механизмы, посредством которых взаимодействия между иммуноглобулинами и микробиом влияет на иммунитет, обмен веществ, рак и многое другое. «

Эти исследования, добавляет Саньер, окажут решающее влияние на потенциальное использование определенных видов рыбных бактерий в качестве пробиотических агентов, которые могут стимулировать иммунную систему для защиты от патогенов. С каждой другой рыбой, добываемой нами в результате разведения рыбы, промышленности, изобилующей новыми болезнетворными микроорганизмами, крайне необходимы новые методы лечения, такие как пробиотики.

Spread the love