Оксалобактер — род бактерий¶

Оксалобактер (лат. Oxalobacter) — род грамотрицательных анаэробных бактерий, единственный в семействе Oxalobacteraceae, представители которого специализируются на использовании щавелевой кислоты (оксалата) в качестве основного источника энергии и углерода. Бактерии обитают преимущественно в желудочно-кишечном тракте теплокровных животных и человека, где участвуют в разложении оксалатов пищи и эндогенного происхождения. Наиболее изученный вид — Oxalobacter formigenes, рассматриваемый как ключевой микроорганизм, влияющий на баланс оксалатов в организме и, соответственно, на риск образования оксалатных камней в почках.

¶Таксономия и история изучения

Род Oxalobacter был описан в 1985 году американскими микробиологами под руководством Милтона Эллисона. Первый выделенный вид получил название Oxalobacter formigenes — от латинского formica («муравей») и -genes («порождающий»), поскольку одним из продуктов метаболизма оксалата является муравьиная кислота (формиат). В 2004 году на основании анализа последовательностей гена 16S рРНК род был выделен в отдельное семейство Oxalobacteraceae в составе порядка Burkholderiales класса Betaproteobacteria.

На начало XXI века описано несколько видов, среди которых:

• Oxalobacter formigenes — типовой вид, обитатель кишечника человека и жвачных животных;
• Oxalobacter aliiformigenes;
• Oxalobacter paraformigenes;
• Oxalobacter vibrioformis — изогнутые клетки, выделенные из рубца крупного рогатого скота.

Систематика рода продолжает уточняться по мере накопления геномных данных.

¶Морфология и физиология

Клетки оксалобактера — прямые или слегка изогнутые палочки длиной около 1–3 мкм и шириной 0,4–0,6 мкм, подвижные за счёт одного или нескольких жгутиков, расположенных полярно. Бактерии не образуют спор. По типу дыхания — строгие анаэробы, чувствительные к кислороду.

Физиологическая особенность рода — уникальный путь метаболизма оксалата. Бактерии поглощают оксалат из среды с помощью специфического транспортного белка OxlT, а затем расщепляют его ферментом оксалил-КоА-декарбоксилазой. В результате реакции образуются формиат и углекислый газ, а выделяющаяся энергия запасается в виде АТФ. Этот механизм позволяет оксалобактеру получать энергию без использования углеводов и делает его облигатным оксалатотрофом — организмом, для которого оксалат является предпочтительным субстратом.

Оптимальная температура роста — около 37 °C, что соответствует температуре тела хозяина. Бактерии чувствительны к ряду антибиотиков, в частности к макролидам и тетрациклинам.

¶Распространение и экология

Оксалобактер колонизирует толстую кишку человека и многих млекопитающих. Носительство O. formigenes у взрослых людей варьирует в широких пределах — по разным оценкам, от 30 до 70 % населения в зависимости от региона и образа жизни. Колонизация происходит в детском возрасте; у некоторых людей микроорганизм может элиминироваться, например, после курса антибиотикотерапии.

Помимо кишечника, бактерии обнаруживают в рубце жвачных животных, где они участвуют в переработке растительных кормов, богатых оксалатами. У травоядных, потребляющих растения с высоким содержанием щавелевой кислоты, оксалобактер играет защитную роль, предотвращая всасывание избытка оксалата в кровь.

¶Роль в организме человека

Щавелевая кислота и её соли (оксалаты) поступают с пищей и частично синтезируются в организме. Избыток оксалата всасывается в кровь, фильтруется почками и при высокой концентрации образует нерастворимые кристаллы оксалата кальция — основу большинства мочевых камней.

Присутствие O. formigenes в кишечнике снижает количество свободного оксалата, доступного для всасывания, поскольку бактерии разлагают его ещё в просвете кишки. Эпидемиологические исследования показывают, что у людей, не являющихся носителями оксалобактера, чаще выявляется гипероксалурия и выше риск рецидивов оксалатного нефролитиаза. Эта связь послужила основой для разработки подходов к терапии, направленных на восстановление популяции бактерий.

¶Медицинское и биотехнологическое значение

Интерес к оксалобактеру связан прежде всего с возможностью его применения при гипероксалурии и первичной гипероксалурии — редком наследственном заболевании, при котором избыток оксалата приводит к прогрессирующему поражению почек. Исследовались препараты на основе живых бактерий O. formigenes для перорального приёма, однако клинические результаты оказались неоднозначными: колонизация кишечника после введения культуры происходит не у всех пациентов и может быть нестойкой.

Дополнительное направление — использование ферментов оксалобактера (в частности, оксалил-КоА-декарбоксилазы) для создания генно-инженерных штаммов и ферментных препаратов, разрушающих оксалат. Также рассматривается роль бактерии как биомаркера состояния кишечной микробиоты.

Наряду с этим оксалобактер изучается в контексте сельского хозяйства: у жвачных животных он снижает риск отравления кормами с высоким содержанием оксалатов.

¶Факторы, влияющие на носительство

На присутствие бактерии в кишечнике влияют:

• антибиотикотерапия — приём антибиотиков широкого спектра может приводить к элиминации;
• возраст — колонизация обычно происходит в детстве, у пожилых носительство встречается реже;
• диета — рацион с высоким содержанием оксалатов поддерживает популяцию;
• образ жизни и регион — распространённость различается между популяциями;
• кислотность среды — бактерия предпочитает нейтральные значения pH.

¶Ограничения исследований

Изучение оксалобактера затруднено из-за его строгой анаэробности и медленного роста в лабораторных условиях, что усложняет выделение чистых культур и количественную оценку. Значительная часть выводов о связи бактерии с заболеваниями получена в наблюдательных исследованиях, которые не доказывают причинно-следственную связь. Поэтому вопрос о том, насколько эффективным окажется целенаправленное заселение кишечника оксалобактером для профилактики камнеобразования, остаётся предметом продолжающихся клинических исследований.