Forskere udvikler molekyler, der kan ombygge tarmbakterier til en sundere tilstand

Forskere ved Scripps Research har udviklet molekyler, der kan ombygge tarmens bakteriepopulation til en sundere tilstand, og de har-gennem forsøg med mus-vist, at dette reducerer kolesterolniveauer og stærkt hæmmer den fortykkede arterie-tilstand, kendt som åreforkalkning.

Forskerne, der rapporterer deres fund i Naturbioteknologi , skabt et sæt molekyler kaldet peptider, der kan bremse væksten af ​​mindre ønskelige arter af tarmbakterier.

Hos mus, der udvikler højt kolesteroltal og åreforkalkning fra en fedtholdig kost, peptiderne ændrede fordelagtigt artsbalancen i tarmmikrobiomet, som refererer til de billioner af bakterier, der lever inde i fordøjelsessystemet.

Dette skift reducerede kolesteroltalet og bremsede dramatisk opbygningen af ​​fedtdepoter i arterier-symptomer, der er kendetegnende for åreforkalkning.

Aterosklerose er den tilstand, der fører til hjerteanfald og slagtilfælde, de to største dødsårsager blandt mennesker.

"Det var overraskende for os, at en simpel ombygning af tarmmikrobiomet kan have en så omfattende effekt, "siger studieforfatter Reza Ghadiri, Ph.d., en professor i Institut for Kemi ved Scripps Research.

Tarmmikrober former vores helbred

Tarmmikrobiomet, som omfatter hundredvis af bakteriearter, udviklet sig for længe siden som en del af en grundlæggende symbiose:Bakterierne får et sted at bo og masser at spise, og til gengæld, de hjælper deres dyreværter, stort set ved at hjælpe dem med at fordøje mad.

I de sidste to årtier har disse symbiotiske bakterier er blevet et fokus for intens undersøgelse rundt om i verden, som forskere har opdaget, at mikroberne-dels ved deres produktion af molekyler kaldet metabolitter-ikke kun hjælper med at fordøje mad, men spiller en rolle i stofskiftet, immunitet og andre vigtige funktioner.

Forskere har også lært, at denne symbiose kan have en ulempe for bakteriens menneskelige værter. Når mennesker overforbruger antibiotika eller indtager "vestlige" diæter rige på kulhydrater, fedtstoffer, og sukker, tarmmikrobiomet kan ændres på måder, der fremmer sygdom.

Ja, det ser nu ud til, at de øgede risici for fedme, diabetes, forhøjet blodtryk, og åreforkalkning, der tildeles af den vestlige kost, skyldes til dels negative ændringer i mikrobiomet.

Denne anerkendelse har fået forskere til at lede efter måder at ombygge mikrobiomet på, med det mål at rulle de negative ændringer tilbage for at genoprette et godt helbred.

Ghadiri og hans team har arbejdet på en metode, der involverer levering af små molekyler til at dræbe eller bremse væksten af ​​dårlige tarmbakterier uden at påvirke gode tarmbakterier.

Vores tilgang, ved hjælp af små molekyler kaldet cykliske peptider, er inspireret af naturen, Vores celler bruger naturligvis en mangfoldig samling af molekyler, herunder antimikrobielle peptider, til at regulere vores tarmmikropopulationer. "

Luke Leman, Ph.D, Co-seniorforfatter og adjunkt, Institut for Kemi, Scripps Research

Et screeningssystem til identifikation af mikrobiomombygere

Inden forsøgene, teamet havde allerede en lille samling af cykliske peptider, der var blevet fremstillet ved hjælp af kemiteknikker.

Til undersøgelsen, de oprettede et screeningssystem for at afgøre, om nogen af ​​disse peptider med fordel kunne ombygge tarmmikrobiomet fra pattedyr ved at undertrykke uønskede tarmbakterier.

Brug af mus, der er genetisk modtagelige for højt kolesteroltal, de fodrede dyrene med en vestlig diæt, der hurtigt og pålideligt producerer forhøjet kolesterol i blodet og åreforkalkning, samt ugunstige ændringer i tarmmikrobiomet.

Forskerne prøvede derefter dyrenes tarmindhold og anvendte et andet cyklisk peptid til hver prøve.

En dag senere, de sekventerede det bakterielle DNA i prøverne for at bestemme, hvilke peptider der havde forskudt tarmbakteriomet i den ønskede retning.

Forskerne identificerede hurtigt to peptider, der signifikant havde bremset væksten af ​​uønskede tarmbakterier, flytte artsbalancen tættere på det, der ses hos mus, der får en sundere kost.

Brug af disse peptider til behandling af aterosklerose-tilbøjelige mus, der spiste en fedtfattig vestlig kost, de fandt markante reduktioner i dyrenes kolesteroltal i blodet sammenlignet med ubehandlede mus-cirka 36 procent efter to ugers behandling.

De fandt også ud af, at efter 10 uger, de aterosklerotiske plaques i arterierne hos de behandlede mus var omkring 40 procent reducerede i areal, sammenlignet med dem i ubehandlede mus.

"Det var virkelig bemærkelsesværdige effekter, "Siger Ghadiri.

De cykliske peptider, der blev anvendt i undersøgelsen, virker tilsyneladende med de ydre membraner i visse bakterieceller på måder, der bremser eller stopper cellernes vækst.

Ghadiri og hans team har forsket i disse peptider i årevis og har sammensat et sæt snesevis, der ikke viser toksicitet for pattedyrs celler.

Molekylerne passerer også gennem tarmen uden at komme ind i blodbanen. I undersøgelsen, peptiderne blev leveret til musene i drikkevand og var ikke forbundet med nogen negative bivirkninger.

Jublet over demonstrationen af ​​princippet, forskerne tester nu deres peptider i mus, der modellerer diabetes, en anden almindelig tilstand, der er blevet forbundet med et usundt mikrobiom.

"Direkte ombygning af musemundens tarmmikrobiom hæmmer udviklingen af ​​åreforkalkning" blev skrevet af Poshen Chen, Audrey Black, Adam Sobel, Yannan Zhao, Purba Mukherjee, Bhuvan Molparia, Nina Moore, Tysk Muench, Jiejun Wu, Weixuan Chen, Antonio Pinto, Bruce Maryanoff, Alan Saghatelian, Pejman Soroosh, Ali Torkamani, Luke Leman og Reza Ghadiri.

• Nyt antisense stof viser løfte om at forbedre sundheden for mennesker med NAFLD
• Vegetarer har et lavere BMI og er mindre udadvendte end mennesker, der spiser kød