Общеизвестно, что бактерии, населяющие кишечник, защищают его от болезнетворных микроорганизмов, которые могут вызвать опасные инфекции. Однако до недавнего времени учёные не знали, каким именно образом полезные бактерии мешают другим размножаться. Учёные из Оксфорда решили проверить, как 100 различных вариантов кишечных бактерий индивидуально и в сочетании могут ограничивать рост двух бактериальных патогенов, Klebsiella pneumoniae и Salmonella enterica.

Взятые по отдельности, бактерии не справлялись с «захватчиками». Но когда сообщества, насчитывающие до 50 видов, выращивали вместе, они замедляли рост патогенов в 1000 раз. Этот эффект коллективной защиты присутствовал независимо от того, культивировали ли бактерии вместе в чашках Петри или в организмах лабораторных мышей, у которых в начале экспериментов не было резидентных кишечных бактерий.

Виды-защитники просто съедали все питательные вещества, которые были нужны патогенам для роста. Лишённые пищи болезнетворные микроорганизмы в итоге погибали. Оказалось, что дело не только в разнообразии микробиома, но и в его составе: наиболее эффективно патогенам противостояли бактерии с похожими на их белковым составом и потребностями в источниках энергии.

Исследователи использовали этот принцип блокировки питательных веществ, чтобы спрогнозировать, какие сообщества бактерий будут обеспечивать слабую и сильную защиту от другого патогена — устойчивого к противомикробным препаратам штамма E. coli. В ходе эксперимента сообщества, которые имели наибольшее перекрытие питательных веществ со штаммом E. coli, в 100 раз эффективнее блокировали его рост, чем те, у кого по прогнозам шансы были меньше.

На основе этих результатов ученые создадут стратегии борьбы с вредными кишечными патогенами за счёт оптимизации микробиома. Выводы также помогут понять, почему после приёма антибиотиков люди становятся более уязвимыми для таких видов бактерий, как K. pneumoniae.