Tutkimukset osoittavat, kuinka kolaanihappo pidentää C. elegansin elinikää

Mengin ryhmä havaitsi, että CA -yhdiste voisi pidentää elinikää, mutta he eivät voineet sanoa varmasti, oliko tämä ravinnon ainesosa, joka sulatettiin mahalaukussa, tai metaboliitti, jota bakteerit tuottivat suolistossa. Pystyimme rajoittamaan CA:n tuotannon suolistossa ja osoittamaan, että sillä oli myönteinen vaikutus suoliston soluihin. "

Tabor, Biotekniikan ja biotieteiden dosentti, Riisin yliopisto

Kokeita varten, Taborin laboratoriotuotteet E. coli -kantoja, jotka tuottavat CA:ta vihreälle, mutta ei punainen, valo. Varmistaaksesi, että bakteerit toimivat oikein, tiimi lisäsi geenejä tekemään eri värejä fluoresoivia proteiineja, jotka näkyvät kirkkaasti mikroskoopin alla. Yksi väri oli aina läsnä, jotta on helppo nähdä, missä bakteerit olivat matojen sisällä, ja toinen väri valmistettiin vasta, kun bakteerit tuottivat CA:ta.

Yhteistyössä Wang -laboratorion kanssa Taborin laboratorio piti bakteerit punaisen valon alla ja ruokki niitä matoille, laji nimeltä Caenorhabditis elegans (C. elegans), jota käytetään yleisesti biotieteissä. Tutkijat seurasivat bakteerien etenemistä ruoansulatuskanavan läpi ja sytyttivät vihreän valon, kun he pääsivät suolistoon.

"Kun se altistuu vihreälle valolle, tätä E. coli -kantaa kantavat madot elivät myös pidempään. Mitä voimakkaampi valo, mitä pidempi käyttöikä, "sanoi Wang, Robert C.Fyfen ikääntymispuheenjohtaja, molekyyli- ja ihmisen genetiikan professori Huffington Center on Aging at Baylor ja Howard Hughes Medical Institute -tutkija.

C. elegansin ja muun korkeamman asteen elämän soluissa ihmisestä hiivaksi, erikoistuneet organellit, joita kutsutaan mitokondrioiksi, toimittavat suurimman osan energiasta. Tuhannet mitokondriot toimivat ympäri vuorokauden kussakin solussa ja ylläpitävät dynaamisen tasapainon halkeamisen ja fuusion välillä, mutta ne heikentyvät ajan myötä. Ihmisten ja muiden organismien ikääntyessä mitokondrioiden toimintahäiriö johtaa niiden solujen toiminnalliseen heikkenemiseen.

Aikaisemmissa kokeissa C. elegansin kanssa Wang ja hänen kollegansa osoittivat, että CA voi säätää tasapainoa mitokondrioiden halkeamisen ja fuusion välillä sekä suolistossa että lihassoluissa edistääkseen pitkäikäisyyttä. Matot elävät yleensä noin kolme viikkoa, mutta Wangin laboratorio on osoittanut, että CA voi pidentää elämäänsä 4,5 viikkoon - 50% tavallista pidempään.

Taborin mukaan tämä herättää monia kysymyksiä. Esimerkiksi, jos CA:ta tuotetaan suolistossa, hyötyvätkö suoliston solut ensin? Liittyykö CA:n hyödyllinen vaikutus sen tasoon? Ja mikä tärkeintä, leviävätkö mitokondrioedut koko kehoon suolistosta?

Kohteessa eLife opiskella, tutkijat havaitsivat, että CA:n tuotanto suolistossa paransi suoraan mitokondrioiden toimintaa suoliston soluissa lyhyessä ajassa. He eivät löytäneet todisteita tällaisesta suorasta, lyhytaikaiset mitokondrioedut matojen lihassoluissa. Täten, CA:n pitkäikäisyyttä edistävä vaikutus alkaa suolistosta ja leviää sitten muihin kudoksiin ajan myötä.

"Teknologiamme avulla voimme käyttää valoa kytkeäksesi CA -tuotannon päälle ja katsomaan vaikutuksen kulkevan maton läpi, "Tabor sanoi.

Hän sanoi, että optogeneettisen tekniikan tarkkuus voisi antaa tutkijoille mahdollisuuden esittää peruskysymyksiä suoliston aineenvaihdunnasta.

"Jos pystyt hallitsemaan metaboliittituotannon ajoitusta ja sijaintia tarkasti, voit ajatella kokeellisia malleja, jotka osoittavat syyn ja seurauksen, " hän sanoi.

Suuri saavutus olisi osoittaa, että suolistobakteerit vaikuttavat suoraan terveyteen tai sairauksiin.

"Tiedämme, että suolistobakteerit vaikuttavat moniin kehomme prosesseihin, "Tabor sanoi." Ne on yhdistetty lihavuuteen, diabetes, ahdistus, syövät, autoimmuunisairaudet, sydänsairaus ja munuaissairaus. On ollut räjähdysmäinen määrä tutkimuksia, joissa mitataan, mitä bakteereja sinulla on, kun sinulla on tämä sairaus tai sairaus, ja se osoittaa kaikenlaisia ​​korrelaatioita. "

Mutta korrelaation ja syy -yhteyden osoittamisessa on suuri ero, Tabor sanoi.

"Maali, mitä todella haluat, syövätkö suolistobakteereita, jotka parantavat terveyttä tai hoitavat sairauksia, " hän sanoi.

Mutta tutkijoiden on vaikea todistaa, että suolistobakteerien tuottamat molekyylit aiheuttavat sairauksia tai terveyttä. Tämä johtuu osittain siitä, että suolistoon on vaikea päästä kokeellisesti, ja on erityisen vaikeaa suunnitella kokeita, jotka osoittavat, mitä tapahtuu tietyissä kohdissa suolen sisällä.

"Suolistoon on vaikea päästä, erityisesti suurilla nisäkkäillä, "Tabor sanoi." Suolistomme on 28 metriä pitkä, ja ne ovat hyvin heterogeenisiä. PH muuttuu koko ajan ja bakteerit muuttuvat melko dramaattisesti matkan varrella. Samoin kudokset ja mitä he tekevät, kuten niiden eristämät molekyylit.

"Vastaamaan kysymyksiin siitä, miten suolistobakteerit vaikuttavat terveyteemme, sinun on voitava kytkeä geenit päälle tietyissä paikoissa ja tiettyinä aikoina, kuten silloin, kun eläin on nuori tai kun eläin herää aamulla, "Hän sanoi." Tarvitset tällaista hallintaa, jotta voit tutkia reittejä omalla nurmikollaan, missä ne tapahtuvat ja miten ne tapahtuvat. "

Koska se käyttää valoa geenien laukaisemiseen, optogenetiikka tarjoaa tämän hallinnan tason, Tabor sanoi.

"Tähän pisteeseen, valo on oikeastaan ​​ainoa signaali, jolla on tarpeeksi tarkkoja mahdollisuuksia käynnistää bakteerigeenit pienessä ja paksusuolessa, esimerkiksi, tai päivällä, mutta ei yöllä, " hän sanoi.

Tabor sanoi, että hän ja Wang ovat keskustelleet monista tavoista, joilla he voisivat käyttää optogenetiikkaa ikääntymisen tutkimiseen.

"Hän on löytänyt kaksi tusinaa bakteerigeeniä, jotka voivat pidentää C. elegansin elinikää, emmekä tiedä kuinka useimmat heistä toimivat, "Tabor sanoi." Kolaanihappogeenit ovat todella kiehtovia, mutta on monia muita, jotka haluaisimme sytyttää valolla madossa selvittääksemme, miten ne toimivat. Voimme käyttää tarkkaa tekniikkaa, jonka julkaisimme tässä artikkelissa tutkiaksemme myös näitä uusia geenejä. Ja muut ihmiset, jotka tutkivat mikrobiomia, voivat myös käyttää sitä. Se on tehokas väline tutkia, miten bakteerit hyödyttävät terveyttämme. "

• Vaiheen 2/3 COVID-19 -tutkimus arvioi turvallisuutta,
• Nanoplastiset aineet vaikuttavat ihmisen suoliston mikrobiomin koostumukseen ja monimuotoisuuteen