Мультиомный анализ выявляет штаммоспецифическую продукцию нейроактивных метаболитов бактероидами и их внеклеточными везикулами, связанную с модуляцией воспаления

Представители рода Bacteroides являются важными компонентами микробиоты кишечника человека и играют ключевую роль в экологии кишечника, метаболизме и межвидовом взаимодействии микроорганизмов с организмом хозяина. В этом исследовании с помощью мультиомного анализа изучали штаммоспецифическую продукцию нейроактивных метаболитов 18 представителей типа Bacteroidetes (12 Bacteroides, 4 Phocaeicola и 2 Parabacteroides). Геномный анализ выявил значительный потенциал синтеза нейроактивных соединений, связанных с метаболизмом ГАМК, триптофана, тирозина и гистидина. При использовании немишеневого и целевого метаболомного анализа в зависимости от штамма и состава среды были выявлены ключевые метаболиты, связанные с нейромедиаторами, или их предшественники, включая ГАМК, L-триптофан, 5-гидрокситриптофан (5-HTP), нормелатонин, кинуреновую кислоту, L-тирозин и норадреналин; наиболее abundant была ГАМК (1–2 мМ). Кроме того, внеклеточные везикулы (EV), продуцируемые Bacteroides, содержали множество нейроактивных метаболитов, главным образом ГАМК, а также соответствующие ключевые ферменты. С помощью генно-инженерной модификации на основе CRISPR/Cas12a был создан нокаутный мутант Bacteroides finegoldii без гена глутаматдекарбоксилазы gadB, чтобы оценить вклад ГАМК, продуцируемой B. finegoldii, в поддержание кишечного гомеостаза. Бесклеточные супернатанты дикого штамма (WT, ГАМК+) и мутанта ΔgadB (ГАМК−) независимо от ГАМК укрепляли целостность эпителиального барьера в сокультурах Caco-2/HT29-MTX, обработанных липополисахаридом (LPS). Внеклеточные везикулы, выделенные из WT и ΔgadB, ослабляли воспалительный иммунный ответ макрофагов RAW264.7, обработанных LPS: снижали уровни провоспалительных цитокинов IL-1β и IL-6, подавляли TNF-α и повышали уровни IL-10 и TGF-β. Продукция ГАМК B. finegoldii лишь незначительно влияла на целостность кишечного барьера, но существенно участвовала в модуляции воспаления. Это первое исследование, продемонстрировавшее наличие множества нейроактивных метаболитов, продуцируемых представителями рода Bacteroides в зависимости от штамма и состава среды, в супернатантах и внеклеточных везикулах; наиболее abundant метаболитом была ГАМК, влияющая на иммунный ответ.