La investigación muestra cómo el ácido colánico prolonga la vida útil de C. elegans

La investigadora del Baylor College of Medicine, Meng Wang, ya había demostrado que las bacterias que producen un metabolito llamado ácido colánico (CA) podrían extender la vida útil de los gusanos en su laboratorio hasta en un 50%. pero su colaboración con el biólogo sintético de la Universidad de Rice, Jeffrey Tabor, está proporcionando herramientas para responder la pregunta más importante de cómo el metabolito imparte una vida más larga.

En un estudio publicado en eLife , Wang, Tabor y sus colegas demostraron que podían usar diferentes colores de luz para activar y desactivar los genes de las bacterias intestinales mientras las bacterias estaban en los intestinos de los gusanos. El trabajo fue posible gracias a un sistema de control optogenético que Tabor ha estado desarrollando durante más de una década.

El grupo de Meng descubrió que el compuesto CA podría prolongar la vida útil, pero no pudieron decir con certeza si se trataba de un ingrediente dietético que se digiere en el estómago o un metabolito que producen las bacterias en los intestinos. Pudimos restringir la producción de CA en el intestino y demostrar que tenía un efecto beneficioso sobre las células del intestino ".

Tabor, Profesor Asociado de Bioingeniería y Biociencias, Universidad de Rice

Para los experimentos, El laboratorio de Tabor diseñó cepas de E. coli para producir CA cuando se expone al verde, pero no rojo, luz. Para asegurarse de que las bacterias funcionen correctamente, el equipo agregó genes para producir diferentes colores de proteínas fluorescentes que aparecerían brillantemente bajo un microscopio. Un color siempre estuvo presente para que sea más fácil ver dónde estaban las bacterias dentro de los gusanos, y se hizo un segundo color solo cuando las bacterias estaban produciendo CA.

En colaboración con el laboratorio Wang, El laboratorio de Tabor mantuvo las bacterias bajo una luz roja y las alimentó a los gusanos, una especie llamada Caenorhabditis elegans (C. elegans) que se usa comúnmente en las ciencias de la vida. Los investigadores rastrearon el progreso de las bacterias a través del tracto digestivo y encendieron la luz verde cuando llegaron a los intestinos.

"Cuando se expone a la luz verde, los gusanos portadores de esta cepa de E. coli también vivieron más tiempo. Cuanto más fuerte es la luz cuanto más larga sea la vida útil, "dijo Wang, la Cátedra Robert C. Fyfe sobre envejecimiento, profesor de genética molecular y humana en el Centro Huffington sobre el Envejecimiento en Baylor e investigador del Instituto Médico Howard Hughes.

En las células de C. elegans y otras formas de vida de orden superior, de los humanos a la levadura, orgánulos especializados llamados mitocondrias suministran la mayor parte de la energía. Miles de mitocondrias trabajan las 24 horas del día en cada célula y mantienen un equilibrio dinámico entre la fisión y la fusión. pero se vuelven menos eficientes con el tiempo. A medida que las personas y otros organismos envejecen, la disfunción de las mitocondrias conduce a un deterioro funcional en sus células.

En experimentos anteriores con C. elegans, Wang y sus colegas demostraron que la CA puede regular el equilibrio entre la fisión y fusión mitocondrial en las células intestinales y musculares para promover la longevidad. Los gusanos suelen vivir unas tres semanas, pero el laboratorio de Wang ha demostrado que CA puede extender su vida a 4.5 semanas, un 50% más de lo habitual.

Tabor dijo que esto plantea una serie de preguntas. Por ejemplo, si CA se produce en el intestino, ¿Las células intestinales se benefician primero? ¿El efecto beneficioso de la AC está relacionado con su nivel? Y lo mas importante ¿Los beneficios mitocondriales se extienden por todo el cuerpo desde los intestinos?

En el eLife estudio, los investigadores encontraron que la producción de CA en el intestino mejoraba directamente la función mitocondrial en las células intestinales en poco tiempo. No encontraron evidencia de tal directa, Beneficios mitocondriales a corto plazo en las células musculares de los gusanos. Por lo tanto, el efecto de promoción de la longevidad de la AC comienza en el intestino y luego se extiende a otros tejidos con el tiempo.

"Con nuestra tecnología, podemos usar la luz para encender la producción de CA y ver el efecto viajar a través del gusano, "Dijo Tabor.

Dijo que la precisión de la tecnología optogenética podría permitir a los investigadores hacer preguntas fundamentales sobre el metabolismo intestinal.

"Si puede controlar el momento y la ubicación de la producción de metabolitos con precisión, puedes pensar en diseños experimentales que muestren causa y efecto, " él dijo.

Demostrar que las bacterias intestinales impactan directamente en la salud o la enfermedad sería un gran logro.

"Sabemos que las bacterias intestinales afectan muchos procesos en nuestro cuerpo, ", Dijo Tabor." Se han relacionado con la obesidad, diabetes, ansiedad, cánceres Enfermedades autoinmunes, enfermedad cardíaca y enfermedad renal. Ha habido una explosión de estudios que miden qué bacterias tienes cuando tienes esta o aquella enfermedad, y muestra todo tipo de correlaciones ".

Pero hay una gran diferencia entre mostrar correlación y causalidad, Dijo Tabor.

"La meta, lo que realmente quieres son las bacterias intestinales que puede comer que mejorarán la salud o tratarán enfermedades, " él dijo.

Pero es difícil para los investigadores probar que las moléculas producidas por las bacterias intestinales causen enfermedades o salud. Eso se debe en parte a que es difícil acceder al intestino de forma experimental, y es especialmente difícil diseñar experimentos que muestren lo que está sucediendo en lugares específicos dentro del intestino.

"El intestino es un lugar de difícil acceso, especialmente en grandes mamíferos, ", Dijo Tabor." Nuestros intestinos tienen 28 pies de largo, y son muy heterogéneos. El pH cambia en todo momento y las bacterias cambian drásticamente a lo largo del camino. También lo hacen los tejidos y lo que están haciendo, como las moléculas que segregan.

"Para responder preguntas sobre cómo las bacterias intestinales influyen en nuestra salud, necesita poder activar genes en lugares específicos y en momentos específicos, como cuando un animal es joven o cuando un animal se despierta por la mañana, ", dijo." Necesitas ese nivel de control para estudiar las vías en su propio territorio, dónde suceden y cómo suceden ".

Debido a que usa la luz para activar genes, la optogenética ofrece ese nivel de control, Dijo Tabor.

"A este punto, la luz es realmente la única señal que tiene suficiente precisión para activar genes bacterianos en el intestino delgado frente al grueso, por ejemplo, o durante el día pero no por la noche, " él dijo.

Tabor dijo que él y Wang han discutido muchas formas en que podrían usar la optogenética para estudiar el envejecimiento.

"Ella ha encontrado dos docenas de genes bacterianos que pueden extender la vida útil de C. elegans, y no sabemos cómo funcionan la mayoría de ellos, ", Dijo Tabor." Los genes del ácido colánico son realmente intrigantes, pero hay muchos más que nos gustaría encender con luz en el gusano para descubrir cómo funcionan. Podemos utilizar la técnica exacta que publicamos en este artículo para explorar también esos nuevos genes. Y otras personas que están estudiando el microbioma también pueden usarlo. Es una herramienta poderosa para investigar cómo las bacterias benefician nuestra salud ".

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