Состав наших микробиомов — уникальных сообществ бактерий, вирусов и других микробов, которые живут внутри нас, связан со всем — от воспалительных заболеваний кишечника до спортивных результатов.
[penci_related_posts title=»Вам также может быть интересно» number=»4″ style=»list» align=»none» displayby=»cat» orderby=»random»]
Но как именно такие крошечные организмы могут оказывать такое огромное влияние на человека?
Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего создали первую в мире карту всех молекул в каждом органе мыши и способов их модификации микробами. В одном опыте они обнаружили, что микробы контролируют структуру желчных кислот как у мышей, так и у людей.
Исследование, опубликованное 26 февраля 2020 года в журнале Nature, было проведено Питером Доррестейном, доктором философских наук, профессором и директором Инновационного центра коллективной масс-спектрометрии в школе фармацевтики и фармацевтических наук Скаггса в Калифорнийском университете в Сан-Диего и Робертом Куинном, доктором философских наук, ассистентом, профессором Мичиганского государственного университета.
По словам Доррестейна, когда вы изменяете структуру молекул, таких как желчные кислоты, вы можете изменить то, как клетки общаются друг с другом и какие гены включены или выключаются в определенный момент времени. И это может иметь важное значение для функционирования организма и развития заболеваний.
Картирование молекул и микробов у мышей
Команда сравнила бесплодных (стерильных) мышей и мышей с нормальными микробами. Они использовали лабораторный метод, называемый масс-спектрометрией, для характеристики неживых молекул в каждом органе мыши. Они идентифицировали как можно больше молекул, сравнивая их с эталонными структурами в базе данных GNPS, хранилище масс-спектрометрии с использованием краудсорсинга, разработанное Доррестейном и его сотрудниками. Они также определили, какие живые микробы располагаются вместе с этими молекулами, секвенируя определенную генетическую область, которая действует как штрих-код для типов бактерий.
В общей сложности они проанализировали 768 образцов из 96 участков 29 различных органов от четырех мышей без микробов и четырех мышей с нормальными микробами. В результате была получена карта всех молекул, обнаруженных в теле обычной мыши с микробами, и карта молекул у мыши без микробов.
Сравнение карт показало, что до 70 процентов химического состава кишечника мыши определяется ее кишечным микробиомом. Даже в отдаленных органах, таких как матка или мозг, примерно у 20 процентов молекул у мышей с кишечными микробами были разные.
Бактерии модифицируют желчные кислоты
После создания этих карт исследователи обратили внимание на одно конкретное семейство молекул, которые, по-видимому, значительно различались в присутствии микробов: желчные кислоты. Желчные кислоты в основном вырабатываются мышиной или человеческой печенью и помогают переваривать жиры и масла. Они также могут нести сообщения по всему телу.
Команда обнаружила желчные кислоты с ранее неизвестными структурами у мышей с нормальными микробиомами, но не у мышей без микробов. Давно известно, что ферменты печени хозяина добавляют аминокислоты в желчные кислоты, в частности аминокислоты глицин и таурин. Но у мышей с нормальными микробиомами команда обнаружила, что бактерии метят желчные кислоты другими аминокислотами — фенилаланином, тирозином и лейцином.
«За 170 лет было опубликовано более 42 000 научных статей о желчных кислотах», — сказал Куинн. «И все же эти модификации были упущены».
Влияние на здоровье человека
Любопытно, что такие же типы микробно-модифицированных желчных кислот обнаружены у людей, исследователи использовали созданный ими инструмент, Mass Search Spectrometry Search Tool (MASST), для поиска 1004 открытых наборов данных образцов, проанализированных с помощью масс-спектрометрии. С помощью масс-спектрометрии они также проанализировали около 3000 образцов фекалий, представленных в Американский проект кишечника, большой научный проект, основанный в Медицинской школе Калифорнийского университета в Сан-Диего.
Вот что они обнаружили: уникальные микробиологически модифицированные желчные кислоты, которые исследователи обнаружили у мышей, также присутствовали в 25,3% всех человеческих образцов в наборах данных. Эти новые желчные кислоты были более распространены у младенцев и пациентов с воспалительным заболеванием кишечника или муковисцидозом.
Один из способов, с помощью которого желчные кислоты могут доставлять сообщения из кишечника в другие части тела — через специфические кишечные рецепторы, называемые фарнезоидными X-рецепторами. Желчные кислоты связывают и активируют рецепторы, которые затем ингибируют гены, ответственные за выработку большего количества желчных кислот. Рецепторы также помогают регулировать уровни триглицеридов в печени и регуляцию жидкости в кишечнике, делая их важными при заболеваниях печени и, возможно, ожирении. В настоящее время разрабатываются несколько препаратов для лечения заболеваний печени путем активации фарнезоидных Х-рецепторов.
Конечно же, у мышей и клеток человека, выращенных в лаборатории, Доррестейн, Куинн и его коллеги обнаружили, что недавно обнаруженные, модифицированные микробами желчные кислоты сильно стимулируют фарнезоидные X-рецепторы, снижая экспрессию генов, ответственных за выработку желчных кислот в печени.
Исследование поднимает много вопросов о роли, которую микробы могут играть в вождении печени и других заболеваниях, а также в влиянии на активность терапевтических средств, таких как лекарства, которые нацелены на фарнезоидные X-рецепторы.
«Это исследование дает четкий пример того, как микробы могут влиять на экспрессию человеческих генов», — сказал Доррестейн.
Источник:
Университет Калифорнии — Сан-Диего
Фото: © filin174 / Adobe Stock