Methanogenic archaea Methanobrevibacter smithii and Methanosphaera stadtmanae promote mucosal homeostasis and protect from colitis

生物 微生物学 转录组 结肠炎 古细菌 粘液 粘蛋白 细菌 炎症性肠病 粘蛋白2 免疫系统 肠粘膜 FOXP3型 肠道菌群 免疫学 产甲烷 粘膜免疫学 上皮 细胞 先天免疫系统 免疫 肠上皮 平衡
作者
Emily Byrd,Benjamin W. Harris,Hongpan Zhang,W Elise Warren,Sree H. Kolli,Audrey Marie Putelo,Mitchell Thomas McGinty,Michael D. Solga,Melanie R. Rutkowski,Melissa M. Kendall
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:123 (43): e2610622123-e2610622123
标识
DOI:10.1073/pnas.2610622123
摘要

The intestinal microbiota is a critical determinant of mucosal homeostasis, yet the functional contributions of Archaea—which constitute up to 10% of the anaerobic community—remain largely undefined. Here, we provide evidence that the human methanogens Methanobrevibacter smithii (MSm) and Methanosphaera stadtmanae (MSt) promote colonic health. Transcriptomic analysis of germ-free mice reveals that MSm and MSt induce distinct colonic programs important for epithelial integrity. Using gnotobiotic and antibiotic-treated specific-pathogen-free mouse models, we show that MSm and MSt reinforce the epithelial barrier, characterized by increased goblet cell expansion, mucus thickening, and enhanced epithelial regeneration. Furthermore, methanogens expand Foxp3 + regulatory T cell (T reg ) populations without inducing pro-inflammatory T H 17 responses. Notably, MSm and MSt protect against dextran sodium sulfate-induced colitis. While MSt-mediated protection requires adaptive immunity, MSm retains partial efficacy in lymphocyte-deficient mice, revealing nonredundant protective mechanisms. These findings indicate that methanogenic archaea promote mucosal integrity during host association and suggest that methanogens may hold therapeutic potential for inflammatory bowel disease, though translation to human disease remains to be established.
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