Wissenschaftler entwickeln Moleküle, die Darmbakterien in einen gesünderen Zustand umwandeln können

Wissenschaftler von Scripps Research haben Moleküle entwickelt, die die Bakterienpopulation des Darms in einen gesünderen Zustand umwandeln können, und sie haben durch Experimente an Mäusen gezeigt, dass dies den Cholesterinspiegel senkt und die als Atherosklerose bekannte Arterienverdickung stark hemmt.

Die Wissenschaftler, die über ihre Ergebnisse berichten Natur Biotechnologie , eine Reihe von Molekülen namens Peptide geschaffen, die das Wachstum weniger erwünschter Arten von Darmbakterien verlangsamen können.

Bei Mäusen, die durch eine fettreiche Ernährung hohe Cholesterinwerte und Arteriosklerose entwickeln, die Peptide haben das Artengleichgewicht im Darmmikrobiom vorteilhaft verschoben, Dies bezieht sich auf die Billionen von Bakterien, die im Verdauungssystem leben.

Diese Verschiebung senkte den Cholesterinspiegel und verlangsamte die Ansammlung von Fettablagerungen in den Arterien dramatisch – Symptome, die die Kennzeichen der Arteriosklerose sind.

Arteriosklerose ist die Erkrankung, die zu Herzinfarkten und Schlaganfällen führt, die beiden häufigsten Todesursachen beim Menschen.

„Es war überraschend für uns, dass allein die Umgestaltung des Darmmikrobioms eine so weitreichende Wirkung haben kann, " sagt der Co-Senior-Autor der Studie, Reza Ghadiri, Ph.D., Professor am Department of Chemistry bei Scripps Research.

Darmmikroben prägen unsere Gesundheit

Das Darmmikrobiom, die Hunderte von Bakterienarten umfasst, haben sich längst als Teil einer grundlegenden Symbiose entwickelt:Die Bakterien bekommen einen Platz zum Leben und viel zu essen, und im Gegenzug, sie unterstützen ihre tierischen Wirte, hauptsächlich, indem sie ihnen helfen, Nahrung zu verdauen.

In den letzten zwei Jahrzehnten Diese symbiotischen Bakterien sind weltweit zu einem Gegenstand intensiver Studien geworden. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die Mikroben – teilweise durch ihre Produktion von Molekülen, die als Metaboliten bezeichnet werden – nicht nur bei der Verdauung von Nahrung helfen, sondern auch eine Rolle im Stoffwechsel spielen. Immunität und andere wichtige Funktionen.

Wissenschaftler haben auch herausgefunden, dass diese Symbiose für die menschlichen Wirte der Bakterien eine Kehrseite haben kann. Wenn Menschen zu viel Antibiotika konsumieren oder eine kohlenhydratreiche "westliche" Ernährung zu sich nehmen, Fette, und Zucker, Das Darmmikrobiom kann auf krankheitsfördernde Weise verändert werden.

In der Tat, Es scheint nun, dass die erhöhten Risiken von Fettleibigkeit, Diabetes, Hypertonie, und Arteriosklerose, die durch die westliche Ernährung verursacht werden, sind teilweise auf nachteilige Veränderungen im Mikrobiom zurückzuführen.

Diese Erkenntnis hat Forscher dazu veranlasst, nach Wegen zu suchen, das Mikrobiom umzugestalten. mit dem Ziel, diese nachteiligen Änderungen rückgängig zu machen, um eine gute Gesundheit wiederherzustellen.

Ghadiri und sein Team haben an einer Methode gearbeitet, bei der kleine Moleküle abgegeben werden, um schlechte Darmbakterien abzutöten oder ihr Wachstum zu verlangsamen, ohne gute Darmbakterien zu beeinträchtigen.

Unser Vorgehen, mit kleinen Molekülen, die als zyklische Peptide bezeichnet werden, ist von der Natur inspiriert, Unsere Zellen verwenden auf natürliche Weise eine vielfältige Sammlung von Molekülen, einschließlich antimikrobieller Peptide, um unsere Darmmikrobenpopulationen zu regulieren."

Lukas Leman, Ph.D., Co-Senior Autor und Assistenzprofessor, Institut für Chemie, Scripps-Forschung

Ein Screening-System zur Identifizierung von Mikrobiom-Remodelern

Vor den Experimenten, das Team hatte bereits eine kleine Sammlung zyklischer Peptide, die mit chemischen Techniken hergestellt worden waren.

Für das Studium, Sie richteten ein Screening-System ein, um zu bestimmen, ob eines dieser Peptide das Darmmikrobiom von Säugetieren durch Unterdrückung unerwünschter Bakterienarten im Darm vorteilhaft umbauen könnte.

Mit Mäusen, die genetisch anfällig für hohe Cholesterinwerte sind, sie fütterten die Tiere mit einer Diät westlicher Art, die schnell und zuverlässig hohe Cholesterinwerte und Arteriosklerose erzeugt, sowie nachteilige Verschiebungen im Darmmikrobiom.

Die Forscher untersuchten dann den Darminhalt der Tiere und applizierten jeder Probe ein anderes zyklisches Peptid.

Einen Tag später, Sie sequenzierten die Bakterien-DNA in den Proben, um festzustellen, welche Peptide das Darmbakteriom in die gewünschte Richtung verschoben hatten.

Die Wissenschaftler identifizierten bald zwei Peptide, die das Wachstum unerwünschter Darmbakterien deutlich verlangsamt hatten, das Artengleichgewicht näher an das heranrücken, was bei Mäusen beobachtet wird, die gesünder ernährt werden.

Verwendung dieser Peptide zur Behandlung von zu Arteriosklerose neigenden Mäusen, die eine fettreiche westliche Ernährung zu sich nahmen, Sie fanden eine bemerkenswerte Senkung des Cholesterinspiegels im Blut der Tiere im Vergleich zu unbehandelten Mäusen – etwa 36 Prozent nach zweiwöchiger Behandlung.

Sie fanden auch heraus, dass nach 10 Wochen die atherosklerotischen Plaques in den Arterien der behandelten Mäuse waren flächenmäßig um etwa 40 Prozent reduziert, im Vergleich zu denen bei unbehandelten Mäusen.

"Das waren wirklich bemerkenswerte Effekte, “, sagt Ghadiri.

Die in der Studie verwendeten zyklischen Peptide interagieren offenbar mit den äußeren Membranen bestimmter Bakterienzellen auf eine Weise, die das Wachstum der Zellen verlangsamt oder stoppt.

Ghadiri und sein Team erforschen diese Peptide seit Jahren und haben eine Reihe von Dutzenden zusammengestellt, die keine Toxizität für die Zellen von Säugetieren zeigen.

Die Moleküle passieren auch den Darm, ohne in den Blutkreislauf zu gelangen. In der Studie, die Peptide wurden den Mäusen im Trinkwasser verabreicht und waren nicht mit nachteiligen Nebenwirkungen verbunden.

Angefeuert von der Proof-of-Principle-Demonstration, die Forscher testen ihre Peptide jetzt an Mäusen, die Diabetes modellieren, eine weitere häufige Erkrankung, die mit einem ungesunden Mikrobiom in Verbindung gebracht wurde.

"Gezielte Remodellierung des Darmmikrobioms der Maus hemmt die Entwicklung von Atherosklerose" wurde von Poshen Chen geschrieben, Audrey Schwarz, Adam Sobel, Yannan Zhao, Purba Mukherjee, Bhuvan Molparia, Nina Moore, Deutsch München, Jiejun Wu, Weixuan Chen, Antonio Pinto, Bruce Maryanoff, Alan Saghatelian, Pejman Soroosh, Ali Torkamani, Luke Leman und Reza Ghadiri.

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