1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Микробиология
  4. T. 91, № 1, 2022

Микробиология, 2022, T. 91, № 1, стр. 125-128

Исследование секреции вазопрессина и окситоцина микроорганизмами

Ю. В. Наточин a, b, *, О. Г. Орлова b, О. В. Рыбальченко b, Е. И. Шахматова a

a Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН
194223 Санкт-Петербург, Россия

b СПбГУ, Медицинский факультет
199106 Санкт-Петербург, Россия

* E-mail: natochin1@mail.ru

Поступила в редакцию 30.06.2021
После доработки 30.07.2021
Принята к публикации 30.07.2021

Полный текст (PDF)

Аннотация

Установлена способность лактобактерий Lactobacillus plantarum 8РА-3 секретировать нейрогормоны аргинин вазопрессин и окситоцин при выращивании на плотной и в жидкой питательных средах. Найдена зависимость увеличения концентрации секретируемых гормонов от времени роста суспензионной культуры L. plantarum 8РА-3. Способность секретировать окситоцин слабо выражена у Escherichia coli М17, Staphylococcus aureus К4 и не обнаружена у Micrococcus luteus С6. Добавление этих гормонов и антагонистов их рецепторов в жидкую питательную среду не влияло на скорость роста клеток L. plantarum 8РА-3.

Ключевые слова: лактобактерии, нейрогормоны, вазопрессин, окситоцин

Согласно одной из теорий микроорганизмы появились на Земле около 4 млрд лет назад (Розанов, 2009). В процессе эволюции происходило их взаимодействие с прокариотами, простейшими и многоклеточными организмами (Oleskin, Shenderov, 2020). Микроорганизмы секретируют в окружающую среду физиологически активные вещества, в частности, окситоцин (ОТ), которые могут влиять как на функции многоклеточных организмов (Шпаков, 2009), так и на клетки самих бактерий (Бухарин и соавт., 2018). Известно, что в кровь млекопитающих секретируются такие нонапептиды, как аргинин вазопрессин (АВП) и ОТ, а микробиота оказывает влияние на различные физиологические функции человека (Peters, 2019). Для объяснения механизма увеличения концентрации ОТ в макроорганизме под влиянием бактерий была высказана гипотеза о том, что они выделяют метаболиты, способствующие секреции ОТ в мозге (Varian et al., 2017). Однако можно было предположить, что пробиотические бактерии сами способны в кишке секретировать нейрогормоны, которые всасываются в кровь человека.

Задача настоящей работы заключалась в выяснении возможности секреции бактериальными клетками АВП и ОТ и исследовании их влияния на рост бактерий.

Бактериальные культуры Staphylococcus aureus K4 и Micrococcus luteus С6 получены из коллекции НИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи, культура Escherichia coli M17 выделена из препарата Колибактерин (“Микроген”, Россия), Lactobacillus plantarum 8PA-3 – из препарата Флорин® форте (“АВАН ООО”, Россия).

Культуры E. coli M17, S. aureus K4 и M. luteus С6 выращивали в жидкой (бульон Мюллера-Хинтона; “HiMedia”, Индия) и на плотной питательных средах (ППС) (агар Мюллера-Хинтона; “HiMedia”, Индия). Клетки L. plantarum 8PA-3 выращивали в жидкой (бульон Рогоза; “HiMedia”, Индия) и на плотной питательной среде (агар Рогоза; “HiMedia”, Индия). Выращивание бактерий проводили в стандартных условиях при температуре 37°С.

Рост бактерий анализировали, исследуя оптическую плотность суспензионных культур на спектрофотометре UNICO 2800 (Россия) при λ 560 нм, и при высеве проб методом Коха для определения числа колониеобразующих единиц (КОЕ) в 1 мл среды. Для иммуноферментного анализа гормонов пробы брали в исходном периоде, через 6 и 24 ч, центрифугировали 5 мин при 6 тыс. об./мин, отбирали супернатант и хранили при температуре –70°С. Концентрацию АВП и ОТ измеряли, используя наборы для иммуноферментного анализа “Enzo Life Sciences Inc.” (США). Считывание оптической плотности осуществляли в 96-луночных планшетах по методике тест-системы на автоматическом ридере ELx808 (“Bio-Tek Instruments”, США). Сравнение между группами проводили с использованием t-критерия Стьюдента для попарно связанных вариант. Данные представлены в виде М ± m, различия считали статистически значимыми при p < 0.05.

В физиологических экспериментах использовали АВП и ОТ (“Sigma-Aldrich”, США), антагонист V1a-рецепторов (Pmp-Tyr(Me)-Phe-Gln-Asn-Cys-Pro-Arg-Gly-NH2) и антагонист рецепторов ОТ (Pmp-Tyr(Me)-Ile-Thr-Asn-Cys-Pro-Orn-OH) (“Bachem”, Швейцария). Растворы АВП, ОТ в концентрации 10–9 M или антагонистов их рецепторов 2 × 10–7 М добавляли в объеме 20 мкл в 2 мл бактериальной суспензии культур в интервалы времени 0, 3, 6 ч.

При выращивании L. plantarum 8РА-3 выявлена способность секретировать АВП и ОТ, концентрация которых в жидкой питательной среде возрастала пропорционально длительности выращивания (рис. 1). Секреция ОТ обнаружена и у S. aureus K4; концентрация этого гормона в среде в течение 6 ч с начала эксперимента возрастала до 0.035 ± 0.005 пмоль/мл. Дальнейший рост стафилококков в жидкой питательной среде не приводил к увеличению концентрации ОТ. В суспензионных культурах M. luteus С6 и E. coli M17 секреция ОТ не была выявлена.

Развитие на ППС биопленок у большинства исследуемых видов бактерий не сопровождалось секрецией АВП, она была выявлена на всех этапах выращивания у лактобактерий, при этом образование этими клетками ОТ не отмечалось (табл. 1). В клетках S. aureus K4 секреция ОТ определялась к 6 ч выращивания культуры, но не была обнаружена при последующей инкубации. Напротив, на начальных этапах выращивания клеток M. luteus С6 на ППС секреция ОТ не определялась, однако наличие ОТ в небольшой концентрации регистрировали к 24 ч развития культуры (табл. 1). Аналогичная картина отмечена и в отношении клеток E. coli M17.

Таблица 1.

Секреция вазопрессина и окситоцина бактериальными клетками на плотной питательной среде

Виды бактерий Время,
ч 		АВП
пмоль/мл 		ОТ
пмоль/мл
S. aureus К4 6 0.0 0.040 ± 0.008
M. luteus С6 0.0 0.0
L. plantarum 8РА-3 0.092 ± 0.006 0.0
E. coli М17 0.0 0.0
S. aureus К4 24 0.0 0.0
M. luteus С6 0.0 0.032 ± 0.004
L. plantarum 8РА-3 0.214 ± 0.015 0.0
E. coli М17 0.0 0.056 ± 0.010

Примечание. Данные о концентрации гормонов представлены за вычетом показателей АВП и ОТ в питательной среде в исходном периоде.

Для изучения влияния АВП и ОТ на рост лактобактерий проводили эксперименты с добавлением этих гормонов или антагонистов в среду выращивания L. plantarum 8PA-3. Если секретируемые бактериями нейрогормоны способны регулировать их физиологические функции, то добавление ОТ или АВП в среду выращивания могло бы влиять на скорость роста культуры, а введение в эту же среду антагонистов рецепторов блокировать эффект секретируемых гормонов. В исследованиях с добавлением к бактериальным культурам антагонистов рецепторов этих нонапептидов не было обнаружено их влияния на скорость роста культур (табл. 2).

Таблица 2.

Влияние агонистов и антагонистов рецепторов окситоцина и вазопрессина на рост L. plantarum 8PA-3

Эксперимент ОООО Продолжительность выращивания, ч
0 6 24
КОЕ/мл
Контроль 4.81 × 103 6.76 × 107 7.22 × 1010
ОТ, 10−9 М 4.81 × 103 7.82 × 107 6.32 × 1010
Антагонист ОТ, 2 × 10–7 М 4.80 × 103 4.32 × 107 7.73 × 1010
АВП, 10−9 М 4.81 × 103 6.10 × 107 5.40 × 1010
Антагонист АВП, 2 × 10–7 М 4.81 × 103 7.01 × 107 3.42 × 1010

Известно, что у млекопитающих синтез АВП и ОТ происходит в нейросекреторных клетках гипоталамуса, они поступают в нейрогипофиз, откуда секретируются в кровь (Bankir et al., 2017). Эти гормоны влияют на разные подтипы V-рецепторов, меняя функцию клеток почечных канальцев (Natochin, Golosova, 2020). Ранее показано, что добавление лактобактерий L. reuteri в рацион мышей приводит к возрастанию концентрации ОТ в плазме крови, что объясняли стимуляцией ядер гипоталамуса метаболитами, продуцируемыми этими бактериями (Varian et al., 2017).

В нашей работе выявлена способность лактобактерий секретировать нейрогормоны, а концентрация ОТ в бактериальной культуре (рис. 1) и в сыворотке крови мышей оказалась сопоставимой (Poutahidis et al., 2013). АВП и ОТ, продуцируемые бактериями в полость кишки, могут влиять на функции организма-хозяина, что может быть обусловлено всасыванием ОТ или АВП из кишки в физиологически активной нерасщепленной форме гормона. Согласно стандартной схеме, белки и полипептиды в содержимом желудочно-кишечного тракта гидролизуются до аминокислот и дипептидов. Нами показано, что часть пептидов, в том числе нонапептиды, например, АВП, могут всасываться в кишке нерасщепленными и поступать в кровь человека и животных (Наточин и соавт., 2003). На основании этих данных можно предположить, что нейрогормоны, образуемые в кишке бактериями, могут всасываться в кровь. Это является еще одним аргументом в пользу широкого применения в пищу содержащих лактобактерии кисломолочных продуктов. По мнению Caldwell et al. (2017), лактобактерии, наряду с положительным действием на процесс пищеварения, по-видимому, способствуют секреции молока и влияют на другие физиологические функции благодаря поступлению в кровь женщин ОТ.

Рис. 1.

Динамика секреции нонапептидов клетками L. plantarum 8РА-3 в суспензионной культуре. Абсцисса – время (ч), ордината – концентрация нонапептидов (пмоль/мл). Условные обозначения: 1 – АВП; 2 –ОТ. *** p < 0.001 – достоверность отличий секреции за 24 ч между АВП и ОТ; n = 6 для каждого опыта; r – коэффициент корреляции Пирсона.

Список литературы

  1. Бухарин О.В., Стадников А.А., Перукова Н.Б. Роль окситоцина и микробиоты в регуляции взаимодействий про- и эукариот при инфекции. Екатеринбург: УрО РАН, ФГБУН ОФИЦ ИКВС, 2018. 247 с.

  2. Наточин Ю.В., Пруцкова Н.П., Шахматова Е.И., Груздков А.А., Громова Л.В. Исследование возможности всасывания интактных нонапептидов в изолированной тонкой кишке крыс in vivo // Докл. АН. 2003. Т. 388. № 4. С. 558–561.

  3. Natochin Yu.V., Prutskova N.P., Shakhmatova E.I., Gruzdkov A.A., Gromova L.V. Absorption of intact nonapeptides in an isolated loop of the rat small intestine: an in vivo study // Dokl. Biol. Sci. 2003. V. 388. P. 18–20.

  4. Розанов А.Ю. Псевдоморфозы по микробам в метеоритах // Проблемы происхождения жизни / Под ред. Розанова А.Ю., Лопатина А.В., Снытникова В.Н. М.: ПИН РАН, 2009. С. 158–165.

  5. Шпаков А.О. Пептидные аутоиндукторы бактерий // Микробиология. 2009. Т. 78. С. 291–303.

  6. Shpakov A.O. Peptide autoinducers of bacteria // Microbiology (Moscow). 2009. V. 78. P. 291–303.

  7. Bankir L., Bichet D.G., Morgenthaler N.G. Vasopressin: physiology, assessment and osmosensation // J. Int. Med. 2017. V. 282. P. 284–297.

  8. Caldwell H.K., Aulino E.A., Freeman A.R., Miller T.V., Witchey Sh.K. Oxytocin and behavior: Lessons from knockout mice // Dev. Neurobiol. 2017. V. 77. P. 190–201.

  9. Natochin Yu.V., Golosova D.V. Vasopressin receptor subtypes and renal sodium transport // Vitamins and Hormones. 2020. V. 113. P. 239–258.

  10. Oleskin A.V., Shenderov B.A. Microbial Communication and Microbiota-Host Interactions / Biomedical, Biotechnological, and Biopolitical Implications. Hauppauge (New York): Nova Science Publ. 2020. 256 p.

  11. Peters N. Identifying the role of vasopressin and oxytocin in the microbiota-gut-brain-behavior axis. Dissertation, Georgia State University, 2019. https://scholarworks.gsu.edu/neurosci_diss/45

  12. Poutahidis Th., Kearney S.M.., Levkovich T., Qi P., Varian B.J., Lakritz J.R., Ibrahim Y.M., Chatzigiagkos A., Alm E.J., Erdman S.E. Microbial symbionts accelerate wound healing via the neuropeptide hormone oxytocin // PLoS One. 2013. V. 8. P. 1–17. Art. e78898.

  13. Varian B.J., Poutahidis Th., DiBenedictis B.T., Levkovich T., Ibrahim Y., Didyk E., Shikhman L., Cheung H.K., Hardas A., Ricciardi C.E., Kolandaivelu K., Veenema A.H., Alm E.J., Erdman S.E. Microbial lysate upregulates host oxytocin // Brain Behav. Immun. 2017. V. 61. P. 36–49.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Микробиология

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал