Mikrobi u crevima sisara mogu značajno da promene metabolizam aminokiselina i glukoze svojih domaćina, delujući skoro kao dodatna jetra, prema novoj pretkliničkoj studiji istraživača Veill Cornell Medicine.
Studija, objavljena u Cell Host & Microbe, dodaje rastuću listu načina na koje mikrobiom utiče na fiziologiju i može dovesti do novih strategija za lečenje stanja kao što su inflamatorna bolest creva i dijabetes.
Poslednjih godina, naučnici su otkrili da milijarde mikroba koji žive na ljudskom telu iu njemu duboko utiču na našu fiziologiju. Viši autor dr Chun-Jun Guo, docent za mikrobiologiju i imunologiju u medicini i član Jill Roberts instituta za istraživanje inflamatornih bolesti creva u Veill Cornell Medicine, želeo je da dublje pogleda kako esencijalni mikrobi u creva utiču na naš pristup hranljivim materijama izvučenim iz hrane koju smo unosili.
„Oni ‘jedu’ pre nas, uzimajući prve hranljive materije iz hrane koju konzumiramo, a nama ostavljaju ono što preostaje nakon što zadovolje sopstvene nutritivne potrebe“, rekao je dr Guo, koji je takođe član Fridman centra za Ishrana i zapaljenje u Veill Cornell Medicine.
Da bi bolje razumeli ovaj proces, prvi autor dr Ting-Ting Li, postdoktorski saradnik u laboratoriji Guo, i saradnici, procenili su koliko efikasno različite bakterije koje prirodno naseljavaju naša creva, zvane komensali ljudskih creva, iscrpljuju aminokiseline, gradivne blokove proteini.
Zbog loše okarakterisane metaboličke funkcije mnogih crevnih bakterija, tim je eksperimentisao sa različitim postavkama kako bi pronašao optimalne uslove za njihovo proučavanje. Nakon skrininga više od 100 različitih mikroba ljudskog creva, istraživači su istakli nekoliko koji su veoma efikasni u metabolizmu različitih aminokiselina u ishrani. Kada su ovi mikrobi kolonizovali gastrointestinalni trakt miševa bez klica – miševa koji u početku nisu imali mikrobe – nivoi tih aminokiselina su opali u crevima i krvotoku domaćina.
Tim je zatim identifikovao specifične bakterijske metaboličke gene koji iscrpljuju aminokiseline. Bila je to duga lista.
„Otkrili smo da u jednoj bakteriji postoji preko 20 različitih gena koji kodiraju sličnu enzimsku funkciju“, rekao je dr Guo. „I pošto smo poboljšali naše tehnike brisanja gena CRISPR-Cas9 za crevne bakterije, uspeli smo da izvedemo veliki ekran za brisanje gena i identifikujemo metaboličke gene u bakterijama koji su odgovorni za iscrpljivanje aminokiselina.
Naučnici su svoje nalaze iz kultivisanih ćelija preuzeli u životinje, dajući miševima bez klica genetski modifikovane sojeve bakterija, jednu po jednu.
„Sada možemo precizno da manipulišemo pojedinačnim genima za iscrpljivanje aminokiselina u crevima“, rekao je dr Guo. „Ovo nam omogućava da procenimo individualnu funkciju ovih gena i da vidimo kako oni zapravo utiču na homeostazu aminokiselina domaćina.“
Taj rad je dao iznenađujući rezultat: konzumiranjem određene klase aminokiselina, crevni mikrobi mogu da promene homeostazu glukoze u krvi svojih domaćina. Dalja analiza je otkrila da promenom dostupnosti aminokiselina, čini se da mikrobi utiču na proizvodnju neurotransmitera serotonina, koji zauzvrat menja regulaciju glukoze.
„Mnoge od ovih metaboličkih funkcija može da obavlja jetra, ali sada smo otkrili da postoje funkcionalno uporedivi enzimi kodirani mikrobiomom creva koji mogu da rade iste ili slične stvari“, rekao je dr Guo. „Kao da postoji druga jetra koja radi u crevima.
Tim sada osmišljava nove strategije za preciznije modulisanje bakterijskih enzima i posmatra kako različite kombinacije bakterija utiču na metabolizam aminokiselina domaćina.
Zanimljivo, neki od istih gena koje trenutna studija ističe takođe su neregulisani u mikrobiomima creva pacijenata sa digestivnim i metaboličkim bolestima. Lekovi koji ciljaju na specifične mikrobne gene, ili projektovane sojeve bakterija, potencijalno bi mogli da obezbede nove načine lečenja takvih stanja, kaže dr Guo.
„Ovi metabolički geni mogu biti potencijalni biomarkeri za bolesti poput dijabetesa tipa 2 ili inflamatorne bolesti creva, a takođe su i potencijalne mete lečenja“, dodao je on. „Naše istraživanje pokazuje mogućnost preciznog manipulisanja mikrobiomom creva kako bi se regulisao metabolizam domaćina i poboljšale metaboličke funkcije domaćina.“
