Genetyczny „bonus” zwiększa odporność bakterii jelitowej Segatella copri na tlen. Naukowcy odkryli mechanizm adaptacji do życia w krajach uprzemysłowionych

Międzynarodowy zespół naukowców z Helmholtz Centre for Infection Research (HZI) wykazał, że niektóre szczepy jednej z najczęściej występujących bakterii ludzkiego jelita – Segatella copri – zdobyły dodatkowy materiał genetyczny zwiększający ich tolerancję na tlen. Odkrycie pomaga wyjaśnić, dlaczego określone szczepy dominują w krajach uprzemysłowionych i może mieć istotne znaczenie dla badań nad mikrobiomem oraz wpływem antybiotykoterapii na zdrowie człowieka.

W artykule:

• Dlaczego Segatella copri jest ważnym składnikiem mikrobiomu jelitowego
• Jak dodatkowy regulator OxyR zwiększa tolerancję bakterii na tlen
• Rola regulatorów PerR i OxyR w odpowiedzi na stres tlenowy
• Dlaczego szczepy z OxyR dominują w krajach uprzemysłowionych
• Znaczenie poziomego transferu genów w ewolucji bakterii jelitowych
• Jak odkrycie może wpłynąć na przyszłe badania nad zdrowiem człowieka

Ludzki przewód pokarmowy jest siedliskiem bilionów mikroorganizmów tworzących niezwykle złożony ekosystem określany mianem mikrobiomu jelitowego. Skład tej społeczności ma ogromny wpływ na funkcjonowanie układu odpornościowego, metabolizm oraz odporność organizmu na zakażenia. Jednym z najliczniejszych mieszkańców ludzkiego jelita jest bakteria Segatella copri, której znaczenie dla zdrowia człowieka od kilku lat znajduje się w centrum zainteresowania badaczy.

Najnowsze badanie opublikowane w Cell Host & Microbe pokazuje, że poszczególne szczepy tej samej bakterii mogą różnić się znacznie bardziej, niż dotychczas przypuszczano. Część z nich posiada dodatkowy regulator genetyczny OxyR, który znacząco zwiększa ich zdolność do przetrwania w obecności tlenu.

Nie wszystkie bakterie jelitowe tolerują tlen

Zdrowe jelito grubego człowieka jest środowiskiem niemal całkowicie pozbawionym tlenu. Dla wielu bakterii beztlenowych nawet niewielki wzrost jego stężenia stanowi poważne zagrożenie dla przeżycia.

Zespół prof. Tilla Strowiga z Helmholtz Centre for Infection Research postanowił sprawdzić, jak dobrze z obecnością tlenu radzi sobie Segatella copri. Naukowcy porównali kilka szczepów tej bakterii z dobrze poznanym gatunkiem Bacteroides thetaiotaomicron, który wykazuje stosunkowo wysoką tolerancję na tlen.

Podczas eksperymentu bakterie przez 30 minut eksponowano na kontrolowane stężenie tlenu. Wyniki były jednoznaczne – przeżywalność klasycznych szczepów Segatella copri była około 100 000 razy niższa niż w przypadku bakterii z rodzaju Bacteroides.

PerR okazuje się niezbędny do kolonizacji jelita

Aby zrozumieć mechanizmy obronne bakterii, badacze wykonali analizę transkryptomu po krótkotrwałej ekspozycji na tlen. Pozwoliło to zidentyfikować regulator transkrypcji PerR, który kontroluje sieć genów odpowiedzialnych za odpowiedź na stres oksydacyjny.

Eksperymenty przeprowadzone na modelu mysim wykazały, że bakterie pozbawione regulatora PerR nie były zdolne do skutecznego zasiedlania przewodu pokarmowego. Oznacza to, że mechanizm ten odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu kolonizacji jelita.

Genetyczny bonus zwiększa odporność na tlen

W kolejnym etapie badań naukowcy przeanalizowali setki genomów różnych szczepów Segatella copri. W części z nich odkryli obecność regulatora OxyR, który wcześniej znany był przede wszystkim z bakterii należących do rodzaju Bacteroides.

Po ponownym przeprowadzeniu eksperymentów okazało się, że szczepy wyposażone w OxyR wykazują od 100 do nawet 1000 razy większą tolerancję na obecność tlenu niż szczepy pozbawione tego regulatora.

Zdaniem autorów badania OxyR został najprawdopodobniej pozyskany tysiące lat temu w wyniku poziomego transferu genów, czyli procesu wymiany materiału genetycznego pomiędzy bakteriami.

Szczepy z OxyR dominują w krajach uprzemysłowionych

We współpracy z Uniwersytetem w Trydencie badacze przeprowadzili analizę globalnych baz danych genomowych obejmujących próbki mikrobiomu z różnych regionów świata.

Okazało się, że szczepy posiadające regulator OxyR występują zdecydowanie częściej w krajach wysoko uprzemysłowionych, natomiast w populacjach Afryki oraz większości krajów Azji pozostają znacznie rzadsze.

Naukowcy przypuszczają, że zjawisko to wynika z presji selekcyjnej charakterystycznej dla współczesnego stylu życia. Częstsze stosowanie antybiotyków może prowadzić do przejściowego zwiększenia dostępności tlenu w jelicie, co daje przewagę bakteriom lepiej przystosowanym do takich warunków.

Dodatkowo wyższe standardy higieniczne mogą utrudniać przenoszenie bakterii między ludźmi. Zwiększona odporność na tlen mogła więc ułatwić bakteriom przetrwanie poza organizmem gospodarza do czasu zakażenia kolejnej osoby.

To dopiero początek badań nad znaczeniem różnych szczepów

Badanie pokazuje, że nawet bakterie należące do tego samego gatunku mogą posiadać istotnie odmienne właściwości biologiczne wynikające z obecności dodatkowych elementów genetycznych. Odkrycie to zmienia sposób postrzegania mikrobiomu i wskazuje, że analiza jedynie obecności gatunku może być niewystarczająca do oceny jego wpływu na organizm.

W kolejnych projektach badawczych zespół prof. Tilla Strowiga planuje określić, czy kolonizacja jelita przez szczepy Segatella copri posiadające OxyR wiąże się z odmiennym wpływem na metabolizm, odporność oraz ryzyko rozwoju chorób.

Źródło: Cell Host & Microbe, Biogeography-associated emergence of enhanced oxygen tolerance in the abundant human gut commensal Segatella copri.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.chom.2026.04.006