Forskere afdækker kommunikation mellem arter mellem tarmbakterier og vært

Bakterier i tarmen gør langt mere end at hjælpe med at fordøje mad i maven hos deres værter, de kan også fortælle generne i deres pattedyrsværter, hvad de skal gøre.

En undersøgelse offentliggjort i dag i Celle beskriver en form for "mellemartskommunikation", hvor bakterier udskiller et specifikt molekyle-nitrogenoxid-der giver dem mulighed for at kommunikere med og kontrollere deres værts DNA, og antyder, at samtalen mellem de to i vid udstrækning kan påvirke menneskers sundhed.

Forskerne fra Case Western Reserve University School of Medicine, Universitetshospitaler Cleveland Medical Center, og Harvard Medical School sporet nitrogenoxid udskilt af tarmbakterier inde i små orme (C. elegans, en fælles pattedyrslaboratoriemodel). Nitrogenoxid udskilt af tarmbakterier knyttet til tusinder af værtsproteiner, fuldstændig ændring af en orms evne til at regulere sit eget genekspression.

Undersøgelsen er den første, der viser, at tarmbakterier kan komme i kontakt med nitrogenoxidnetværk, der findes overalt i pattedyr, herunder mennesker. Nitrogenoxid fastgøres til humane proteiner på en omhyggeligt reguleret måde-en proces kendt som S-nitrosylering-og forstyrrelser er bredt impliceret i sygdomme som Alzheimers, Parkinsons, astma, diabetes, hjerte sygdom, og kræft.

Resultaterne tyder på, at nitrogenoxid er en generel mekanisme, hvormed tarmbakterier kan kommunikere med pattedyrværter. Tidligere arbejde med at afvikle kommunikationslinjer til og fra tarmbakterier har primært fokuseret på sjældne molekyler, som bakterier udskiller. De nye fund svarer til at afdække et kemisk sprog, der er almindeligt på tværs af arter, i modsætning til enkelte ord, sagde seniorforfatter Jonathan Stamler, MD, direktør for Institute for Transformative Molecular Medicine ved Case Western Reserve University School of Medicine og formand for Harrington Discovery Institute ved University Hospitals Cleveland Medical Center. "Der er en enorm kompleksitet i tarmen, og mange forskere er efter det næste usædvanlige stof produceret af en bakterie, der kan påvirke menneskers sundhed, "siger han. Med billioner af bakterier i den gennemsnitlige tarm, Stamler besluttede at lede efter et fælles sprog, som alle bakteriearter kan bruge. "Tarmbakteriepopulationens enorme størrelse og dets forhold til værten forudsiger, at der vil være generelle midler til at kommunikere, som vi mennesker kan genkende."

Forskerne demonstrerede fænomenet ved at fodre udviklende ormebakterier, der producerer nitrogenoxid. De valgte derefter et meget vigtigt protein-argonauteprotein, eller ALG-1-der er stærkt bevaret fra orme til mennesker og dæmper unødvendige gener, herunder gener, der er kritiske for udviklingen. Når nitrogenoxid udskilles af bakterier knyttet til ALG-1, de udviklede misdannede reproduktive organer og døde. For meget nitrogenoxid fra bakterier beordrede ormenes DNA -lyddæmpende proteiner og nedsat sund udvikling.

"Praktisk talt, dyr vil ikke lade dette ske, "Sagde Stamler. I stedet for forfatterne spekulerer på, at en pattedyrsvært uden for en laboratorieindstilling vil tilpasse sig skiftende nitrogenoxidniveauer. Sagde Stamler, "Ormen vil være i stand til at stoppe med at spise de bakterier, der danner nitrogenoxid, eller det vil begynde at spise forskellige bakterier, der gør mindre nitrogenoxid, eller ændre sit miljø, eller utallige andre tilpasninger. Men på samme måde, for meget nitrogenoxid produceret af vores mikrobiom kan forårsage sygdom eller udviklingsproblemer hos fosteret. "

Undersøgelsen tilføjer et voksende bevismateriale for, at bakterier, der lever i tarmen, bestemt af kost og miljø, har en enorm indflydelse på pattedyrs sundhed. Stamler forestiller sig nitrogenoxid kan repræsentere en mulighed for at manipulere dette symbiotiske forhold. Ligesom probiotika er designet til at forbedre fordøjelsen, det er tænkeligt at inokere en persons tarm med bakterier for at forbedre nitrogenoxidsignalering. "Jeg tænker nu på dette terapeutisk, som et lægemiddel. Der er enorme muligheder for at manipulere nitrogenoxid for at forbedre menneskers sundhed. "

Selv om nitrogenoxid og S-nitrosylering kan være en generel form for interspecial kommunikation med brede sundhedsmæssige konsekvenser, det vil kræve yderligere fremtidig forskning. Vil nitrogenoxid være den eneste kemiske kommunikationskanal? "Vi ser dybest set et nyt felt, der åbner for generelle kommunikationsstrategier, "siger Stamler." Der vil være andre. "

• ICHEs anmeldelser af kirurgiske infektioner,
• AGA annoncerer 10 tidlige karriere-læger-forskere til det nye FORWARD-program