Біологи виявили в кишківниках мишей бактерії, які допомогли їм пережити опромінення всього тіла до 9,2 грей. Вчені пересадили мікробіоту вцілілих після випромінювання мишей іншим особинам і показали, що мікроорганізми дійсно сприяють захисту від радіації. У вцілілих мишей підвищився вміст бактерій сімейства, які пом'якшили пошкодження кишківника і стимулювали кроветворіння у мишей. Захисні властивості здійснювали короткоцепочкові жирні кислоти і продукти триптофану, які виробляли мікроорганізми. Ці бактерії також пов'язали з наслідками радіотерапії пацієнтів з лейкемією. Дослідження опубліковано в журналі.
Променева терапія досить ефективна для лікування пухлинних захворювань, однак вона має масштабний негативний вплив на здорові тканини. Через це причиною смерті ракових хворих можуть ставати не тільки пухлини, а й проблеми з кроветворінням і відновленням кишкового епітелію після опромінення. Особливо страждає від променевої терапії шлунково-кишковий тракт, тому що його епітелій оновлюється частіше будь-яких інших тканин організму.
Вплив радіотерапії на кишечник пов'язують зі складом його мікробіоти, причому кількість бактерій кишечника величезна і порівнянна з кількістю клітин тіла - близько 30 трильйонів. Мікроорганізми допомагають людині розщеплювати складні вуглеводи, які ферменти шлунково-кишкового тракту переварити не в силах. У процесі розщеплення бактерії виділяють короткоцепочкові жирні кислоти - головне джерело енергії для клітин кишечника.
Дослідники з університету Північної Кароліни в Чапел-Хілл під керівництвом Хао Гуо (Hao Guo) піддали мишей опроміненню всього тіла від 8 до 9,2 грей, щоб з'ясувати, як радіація вплинула на мікробіоту кишечника. На подив біологів, деякі миші не тільки відновлювалися, а й довго жили після опромінення. Після дослідження РНК у фекаліях тих, хто вижив, виявилося, що їх кишковий мікробіом відрізняється від звичайного (p < 0,05).
Щоб підтвердити вплив мікробіоти на наслідки опромінення, дослідники провели експеримент «брудної клітини». Вони посадили мишей-реципієнтів у клітини, де до цього жили миші, які вижили після опромінення. Таким чином через їх фекалії новим мишам передалися кишкові мікроорганізми. Після цього мишей-реципієнтів піддали випромінюванню. З них вижили 75 відсотків, тоді як в контрольній групі - всього 20. Також вплив мікробіома підтвердила і пряма пересадка фекалій.
Дослідники перевірили, чи склади мікробіомів, які вижили мишей спочатку, або відмінності з'являються тільки після опромінення. Аналіз показав, що зміщення вмісту бактерій відбувається тільки після опромінення, що свідчить про відбір. Тоді біологи вирішили визначити захисні функції деяких видів бактерій з виявлених у людей сімейств, по черзі підсаджуючи їх мишам.
Найбільше підвищення виживаності після опромінення показали бактерії сімейства, також виживаність підвищили і. Реципієнти мали кращі показники клітинності кісткового мозку, будова складок кишечника і його проникності. Дослідники також перевірили, чи можуть Lachnospiraceae захищати від радіації не тільки кишечник, а й пухлинні клітини. Бактерії не вплинули на зростання і формування пухлини з введених ракових клітин, що робить їх хорошими кандидатами для застосування при променевій терапії.
Щоб виявити бактерії, пов'язані із захистом від радіації у людини, вчені досліджували кишкові мікробіоми пацієнтів з лейкемією до і після променевої терапії. Як параметр оцінки тяжкості наслідків терапії використовували тривалість діареї (днями), яка корелювала з порушеннями в шлунково-кишковому тракті. У кишківниках пацієнтів з менш тривалою діареєю містилося більше бактерій сімейств і (p < 0,05), проте ці дані вказують тільки на непрямий зв'язок з порушеннями тканин кишечника, також не означають причино-наслідкового зв'язку.
Також вчені проаналізували речовини, які виділяють ці бактерії, і їх вплив на захист від радіації. Відомо, що переробляють вуглеводи в короткоцепочкові жирні кислоти - бутират, ацетат і пропіонат. Ці речовини є важливими субстратами для підтримки кишкового епітелію та функціонування імунної системи.
Терапія водою з пропіонатом значно підвищила (з 28 до 79 відсотків) виживаність мишей після радіації, а ацетат і бутірат показали менш вагомі результати. Пропіонат також підвищив вміст клітин крові і збільшив шар січі кишечника. Тоді біологи спробували підсаджувати мишам штами бактерій з великою продукцією короткочіпочкових жирних кислот: таке лікування навіть досягло стовідсоткового захисту від наслідків радіотерапії.
Незалежний аналіз метаболітів у виживших мишей також показав підвищення вмісту інших речовин - продуктів триптофану. Деякі з них (індол-3-карбоксиальдегід і кінуренова кислота) в ході дослідження також показали захисні властивості і підвищили виживаність.
Так біологи виявили важливу властивість мікробіоти кишечника - захист від радіації. Однак ці мікроорганізми здатні чинити і негативний вплив на кишковий епітелій. Нещодавнє дослідження показало, що вживання цукрів здатне провокувати запалення товстої кишки через підвищення вмісту муколітичних бактерій, які руйнують слизовий шар.