Eine heute veröffentlichte Studie in Zelle beschreibt eine Form der "Interspezies-Kommunikation", bei der Bakterien ein bestimmtes Molekül - Stickstoffmonoxid - absondern, das es ihnen ermöglicht, mit der DNA ihrer Wirte zu kommunizieren und sie zu kontrollieren. und weist darauf hin, dass das Gespräch zwischen den beiden die menschliche Gesundheit weitgehend beeinflussen kann.
Die Forscher der Case Western Reserve University School of Medicine, Universitätskliniken Cleveland Medical Center, und die Harvard Medical School verfolgten Stickstoffmonoxid, das von Darmbakterien in winzigen Würmern (C. elegans, ein gemeinsames Säugetier-Labormodell). Stickstoffmonoxid, das von Darmbakterien sezerniert wird, die an Tausende von Wirtsproteinen gebunden sind, die Fähigkeit eines Wurms, seine eigene Genexpression zu regulieren, vollständig verändert.
Die Studie ist die erste, die zeigt, dass Darmbakterien Stickstoffmonoxid-Netzwerke anzapfen können, die bei Säugetieren allgegenwärtig sind. einschließlich des Menschen. Stickstoffmonoxid bindet sich auf sorgfältig regulierte Weise an menschliche Proteine – ein Prozess, der als S-Nitrosylierung bekannt ist – und Störungen werden allgemein mit Krankheiten wie Alzheimer, Parkinson, Asthma, Diabetes, Herzkrankheit, und Krebs.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Stickstoffmonoxid ein allgemeiner Mechanismus ist, durch den Darmbakterien mit Säugetierwirten kommunizieren können. Frühere Arbeiten zum Entwirren von Kommunikationsleitungen zu und von Darmbakterien konzentrierten sich hauptsächlich auf seltene Moleküle, die Bakterien absondern. Die neuen Erkenntnisse sind vergleichbar mit der Aufdeckung einer chemischen Sprache, die allen Arten gemein ist. im Gegensatz zu einzelnen Wörtern, sagte Senior-Autor Jonathan Stamler, MD, Direktor des Institute for Transformative Molecular Medicine an der Case Western Reserve University School of Medicine und Präsident des Harrington Discovery Institute am University Hospitals Cleveland Medical Center. „Im Darm steckt eine enorme Komplexität, und viele Forscher sind auf der Suche nach der nächsten ungewöhnlichen Substanz, die von einem Bakterium produziert wird und die menschliche Gesundheit beeinträchtigen könnte, " sagt er. Mit Billionen von Bakterien im durchschnittlichen Darm, Stamler beschloss, nach einer gemeinsamen Sprache zu suchen, die alle Bakterienarten verwenden könnten. "Die enorme Population der Darmbakterien und ihre Beziehung zum Wirt sagt voraus, dass es allgemeine Kommunikationsmittel geben wird, die wir Menschen erkennen können."
Die Forscher demonstrierten das Phänomen, indem sie sich entwickelnde Würmer mit Bakterien fütterten, die Stickstoffmonoxid produzieren. Dann wählten sie ein sehr wichtiges Protein aus – Argonautenprotein, oder ALG-1-, das von Würmern bis zum Menschen hochkonserviert ist und unnötige Gene zum Schweigen bringt, einschließlich entwicklungskritischer Gene. Wenn Stickstoffmonoxid von den an ALG-1 gebundenen Bakterien ausgeschieden wird, sie entwickelten missgebildete Fortpflanzungsorgane und starben. Zu viel Stickstoffmonoxid von Bakterien kommandierte die DNA-Stummschaltungsproteine der Würmer und beeinträchtigte die gesunde Entwicklung.
"Praktisch, Tiere lassen das nicht zu, ", sagte Stamler. Stattdessen die Autoren spekulieren, dass sich ein Säugetierwirt außerhalb einer Laborumgebung an die sich ändernden Stickoxidwerte anpassen wird. Sagte Stamler, „Der Wurm wird in der Lage sein, die Bakterien, die das Stickoxid herstellen, nicht mehr zu fressen. oder es fängt an, verschiedene Bakterien zu fressen, die weniger Stickoxid produzieren, oder seine Umgebung ändern, oder unzählige andere Anpassungen. Aber aus dem gleichen Grund zu viel Stickstoffmonoxid, das von unserem Mikrobiom produziert wird, kann Krankheiten oder Entwicklungsprobleme beim Fötus verursachen."
Die Studie trägt zu einer wachsenden Zahl von Beweisen bei, dass Bakterien, die im Darm leben, bestimmt durch Ernährung und Umwelt, haben einen enormen Einfluss auf die Gesundheit von Säugetieren. Stamler stellt sich vor, dass Stickstoffmonoxid eine Möglichkeit darstellen könnte, diese symbiotische Beziehung zu manipulieren. So wie Probiotika die Verdauung verbessern sollen, Denkbar ist es, den Darm einer Person mit Bakterien zu impfen, um die Stickoxid-Signalgebung zu verbessern. „Ich denke jetzt therapeutisch darüber nach, als Droge. Es gibt enorme Möglichkeiten, Stickstoffmonoxid zu manipulieren, um die menschliche Gesundheit zu verbessern."
Während Stickstoffmonoxid und S-Nitrosylierung eine allgemeine Art der Kommunikation zwischen Spezies mit weitreichenden Auswirkungen auf die Gesundheit sein können, es wird zusätzliche zukünftige Forschung erfordern. Wird Stickstoffmonoxid der einzige chemische Kommunikationskanal sein? "Wir sehen im Grunde ein neues Feld, das sich für allgemeine Kommunikationsstrategien öffnet, " sagt Stamler. "Es werden andere geben."
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