Spontane ritmičke kontrakcije crevnog trakta, poznate i kao peristaltika, igraju važnu ulogu u omogućavanju zdrave funkcije creva u velikoj većini živih organizama. Čini se da je ova suštinska aktivnost neophodna za život i zdravlje mnogih životinja, sugerišu istraživači. Uzrokuju ga ritmični električni impulsi koje generišu takozvane ćelije pejsmejkera nervnog sistema.
Kod ljudi, poremećaj ovog obrasca kontrakcije može dovesti do gastrointestinalnih bolesti, koje su takođe povezane sa poremećenim sastavom mikrobne kolonizacije creva, koji se takođe naziva mikrobiom. Do sada je bilo nejasno zašto su se ove spontane kontrakcije razvile i da li su povezane sa mikrobiomom.
Istraživački tim predvođen profesorom Tomasom Bošom sa Odeljenja za ćelijsku i razvojnu biologiju na Univerzitetu Kil već je dokazao u prethodnoj istraživačkoj studiji da crevni mikrobiom podržava nervni sistem u kontroli peristaltike.
Istraživački tim iz Collaborative Research Center (CRC) 1182 „Poreklo i funkcija metaorganizama“ u novoj studiji sa kolegama iz Helmholc Minhena i Univerziteta Južne Kalifornije (USC) sada je istražio da li kontrakcije mogu zauzvrat uticati na sastav crevni mikrobiom. Nedavno su objavili svoje rezultate u naučnom časopisu eLife .
Istraživači iz Kila su blisko sarađivali sa mehanobiologom i matematičarem koji proučavaju fiziku fluida živih sistema. Zajedno su pretpostavili da učestalost kontrakcija utiče na mikrookruženje tečnosti blizu površine tkiva u kojoj mikrobi žive u crevima ili na drugim površinama. Promene u ovom graničnom sloju mogle bi da regulišu rast i sastav mikroba, pretpostavili su istraživači.
Da bi istražio uključene mehanizme, istraživački tim iz Kila je koristio jednostavan sistem modela, slatkovodnu polip hidru. Hidra ne samo da na svom telesnom zidu ima dobro definisan mikrobiom, čija se učestalost i prostorna distribucija mogu eksperimentalno pratiti, već pokazuje i karakteristične spontane kontrakcije telesne šupljine, čija je funkcija ranije bila nepoznata.
Kombinovanjem analize mikrobioma, in vivo analize protoka i matematičkog modeliranja, istraživači su mogli da uoče da spontane ritmičke kontrakcije zida tela zapravo utiču na sastav mikrobioma: eksperimentalno smanjenje učestalosti kontrakcija izazvalo je promenu u sastav mikrobnih vrsta na zidu creva .
Zidovi creva sisara su u kontaktu sa tečnim sadržajem creva. Između crevnog zida i sadržaja postoji viskozni granični sloj, koji u većoj ili manjoj meri prijanja uz crevni zid u zavisnosti od brzine protoka i utiče na razmenu supstanci. Ovaj granični sloj je razlog zašto se razmena materija na površini crevnog zida odvija gotovo isključivo difuzijom.
Nutrienti i druga hemijska jedinjenja se stoga pasivno transportuju ka površini i dalje od nje. Istraživački tim je simulirao dinamiku kretanja ovog protoka na ovom graničnom sloju kako bi teoretski razumeo efekte kontrakcija creva.
„Da bismo to uradili, prvi put smo primenili metode iz fizike u istraživanju mikrobioma i razvili teorijske modele koji mogu da predvide ponašanje protoka crevnog zida“, objašnjava dr Janna Navrot iz Helmholc Pionirskog kampusa u Minhenu.
„Ovi modeli su pokazali da se brzina protoka naglo povećava tokom kontrakcija, smanjujući prianjanje graničnog sloja. Kao rezultat brzog laminarnog toka, crevni zid se otresa viskoznog graničnog sloja u redovnim intervalima pre nego što može ponovo da se izgradi nakon nekog vremena. vreme“, nastavlja Navrot. Ovo pruža dokaz da spontane kontrakcije zidova tela poboljšavaju transport hemijskih jedinjenja do i sa površine tkiva.
Da bi ispitali da li i kako mešanje i obnavljanje ovog graničnog sloja kao rezultat kontrakcija utiče na mikrobiom, istraživači su istraživali mehanizam na primeru hidre u živom organizmu. Njihove kontrakcije cele telesne šupljine funkcionalno su uporedive sa kontrakcijama creva složenijih organizama.
Christoph Giez, student doktorskih studija u Bosch istraživačkoj grupi, sproveo je niz eksperimenata: eksperimentalno je usporio obrazac kontrakcije slatkovodnog polipa i sve više smanjivao frekvenciju ometajući dnevni i noćni ritam životinja ili hemijske signale, između ostalog. stvari. Hidre su bile izložene ovim različitim režimima po 48 sati.
Istraživački tim je zatim sekvencirao genetske informacije mikrobnih vrsta prisutnih u mikrobiomu kako bi otkrio promene u njihovom sastavu. „Uočili smo da su niža stopa kontrakcije i rezultirajuće ređe obnavljanje graničnog sloja pokazali jasne efekte na kolonizaciju mikroba“, rezimira Giez.
„Usporavanje kontrakcija favorizuje mikroorganizme koji bolje napreduju u statičnijem okruženju. Bakterijske vrste koje se obično nalaze u jedva pokretnom stopalu polipa sada su kolonizovale celo telo životinja“, nastavlja Giez. Istraživači pretpostavljaju da niža razmena supstanci u graničnom sloju obezbeđuje da se mikrobiom u celom organizmu prilagodi sastavu vrsta statičnijeg regiona stopala.
Naučnici su tako mogli da teorijski i funkcionalno dokažu da smanjenje učestalosti spontanih kontrakcija telesnog zida menja uslove protoka blizu površine tkiva i na taj način modifikuje sastav mikrobioma. „Naši rezultati sugerišu da je peristaltika neophodan preduslov za redovnu razmenu esencijalnih supstanci na površini creva“, zaključuje Boš. „Na ovaj način, verovatno pomaže da se mikrobiom održi u ravnoteži i na taj način oblikuje i stabilizuje interakciju organizama domaćina i mikroba u celini.“
Novi rezultati istraživanja tako pokazuju koliko su kontrakcije creva važne za stabilan mikrobiom i otvaraju nove perspektive za dalja istraživanja veza između peristaltike i razvoja bolesti. „Prvi put smo uspeli da uspostavimo funkcionalnu vezu između učestalosti crevnih pokreta i poremećenog mikrobioma. U budućnosti ćemo težiti i istraživanju ovog mehanizma na metaboličkom nivou kako bismo bolje razumeli moguće moguće uzroci bolesti“, navodi Boš.
