La recherche montre comment l'acide colanique prolonge la durée de vie de C. elegans

Meng Wang, chercheuse au Baylor College of Medicine, avait déjà montré que les bactéries qui fabriquent un métabolite appelé acide colanique (AC) pouvaient prolonger jusqu'à 50 % la durée de vie des vers dans son laboratoire. mais sa collaboration avec le biologiste synthétique de l'Université Rice, Jeffrey Tabor, fournit des outils pour répondre à la plus grande question de savoir comment le métabolite confère une durée de vie plus longue.

Dans une étude publiée dans eLife , Wang, Tabor et ses collègues ont montré qu'ils pouvaient utiliser différentes couleurs de lumière pour activer et désactiver les gènes des bactéries intestinales pendant que les bactéries étaient dans les intestins des vers. Le travail a été rendu possible grâce à un système de contrôle optogénétique développé par Tabor depuis plus d'une décennie.

Le groupe de Meng a découvert que le composé CA pouvait prolonger la durée de vie, mais ils ne pouvaient pas dire avec certitude s'il s'agissait d'un ingrédient alimentaire digéré dans l'estomac ou d'un métabolite produit par des bactéries dans les intestins. Nous avons pu restreindre la production de CA à l'intestin et montrer qu'il avait un effet bénéfique sur les cellules de l'intestin."

Tambourin, Professeur agrégé de bio-ingénierie et de biosciences, Université du riz

Pour les expériences, Le laboratoire de Tabor a conçu des souches d'E. coli pour produire du CA lorsqu'elles sont exposées au vert, mais pas rouge, léger. Pour s'assurer que les bactéries fonctionnent correctement, l'équipe a ajouté des gènes pour fabriquer différentes couleurs de protéines fluorescentes qui apparaîtraient brillamment au microscope. Une couleur était toujours présente, pour voir facilement où se trouvaient les bactéries à l'intérieur des vers, et une deuxième couleur n'a été faite que lorsque les bactéries produisaient du CA.

En collaboration avec le laboratoire Wang, Le laboratoire de Tabor a gardé les bactéries sous une lumière rouge et les a nourries de vers, une espèce appelée Caenorhabditis elegans (C. elegans) qui est couramment utilisée dans les sciences de la vie. Les chercheurs ont suivi la progression de la bactérie dans le tube digestif et ont allumé le feu vert lorsqu'elles ont atteint les intestins.

"Lorsqu'il est exposé à la lumière verte, les vers porteurs de cette souche d'E. coli ont également vécu plus longtemps. Plus la lumière est forte, plus la durée de vie est longue, " dit Wang, la chaire Robert C. Fyfe sur le vieillissement, professeur de génétique moléculaire et humaine au Huffington Center on Aging à Baylor et chercheur au Howard Hughes Medical Institute.

Dans les cellules de C. elegans et d'autres formes de vie d'ordre supérieur, de l'homme à la levure, des organites spécialisés appelés mitochondries fournissent la majeure partie de l'énergie. Des milliers de mitochondries travaillent 24 heures sur 24 dans chaque cellule et maintiennent un équilibre dynamique entre fission et fusion, mais ils deviennent moins efficaces avec le temps. À mesure que les gens et les autres organismes vieillissent, le dysfonctionnement des mitochondries entraîne un déclin fonctionnel de leurs cellules.

Dans des expériences antérieures avec C. elegans, Wang et ses collègues ont montré que l'AC peut réguler l'équilibre entre la fission et la fusion mitochondriale dans les cellules intestinales et musculaires pour favoriser la longévité. Les vers vivent généralement environ trois semaines, mais le laboratoire de Wang a montré que l'AC peut prolonger leur vie jusqu'à 4,5 semaines, soit 50 % de plus que d'habitude.

Tabor a déclaré que cela soulève une foule de questions. Par exemple, si CA est produit dans l'intestin, les cellules intestinales en bénéficient-elles en premier ? L'effet bénéfique de l'AC est-il lié à son niveau ? Et le plus important, les bienfaits mitochondriaux se propagent-ils dans tout le corps à partir des intestins ?

Dans le eLife étudier, les chercheurs ont découvert que la production de CA dans l'intestin améliorait directement la fonction mitochondriale dans les cellules intestinales en peu de temps. Ils n'ont trouvé aucune preuve d'une telle directe, avantages mitochondriaux à court terme dans les cellules musculaires des vers. Ainsi, l'effet favorisant la longévité de l'AC commence à partir de l'intestin et se propage ensuite dans d'autres tissus au fil du temps.

"Avec notre technologie, nous pouvons utiliser la lumière pour allumer la production CA et regarder l'effet se propager à travers le ver, " dit Tabor.

Il a déclaré que la précision de la technologie optogénétique pourrait permettre aux chercheurs de poser des questions fondamentales sur le métabolisme intestinal.

"Si vous pouvez contrôler le moment et l'emplacement de la production de métabolites avec précision, vous pouvez penser à des conceptions expérimentales qui montrent la cause et l'effet, " il a dit.

Montrer que les bactéries intestinales ont un impact direct sur la santé ou la maladie serait une réalisation majeure.

"Nous savons que les bactéries intestinales affectent de nombreux processus dans notre corps, " Tabor a déclaré. "Ils ont été liés à l'obésité, Diabète, anxiété, cancéreux, maladies auto-immunes, les maladies cardiaques et les maladies rénales. Il y a eu une explosion d'études mesurant quelles bactéries vous avez lorsque vous avez telle ou telle maladie, et cela montre toutes sortes de corrélations."

Mais il y a une grande différence entre montrer la corrélation et la causalité, dit Tabor.

"Le but, la chose que tu veux vraiment, est une bactérie intestinale que vous pouvez manger qui améliorera la santé ou traitera la maladie, " il a dit.

Mais il est difficile pour les chercheurs de prouver que les molécules produites par les bactéries intestinales provoquent des maladies ou la santé. C'est en partie parce que l'intestin est difficile d'accès expérimentalement, et il est particulièrement difficile de concevoir des expériences qui montrent ce qui se passe dans des endroits spécifiques à l'intérieur de l'intestin.

"L'intestin est un endroit difficile d'accès, surtout chez les grands mammifères, " a déclaré Tabor. " Nos intestins mesurent 28 pieds de long, et ils sont très hétérogènes. Le pH change tout au long du processus et les bactéries changent considérablement en cours de route. Alors faites les mouchoirs et ce qu'ils font, comme les molécules qu'ils sécrètent.

"Pour répondre aux questions sur l'influence des bactéries intestinales sur notre santé, vous devez être capable d'activer des gènes à des endroits spécifiques et à des moments particuliers, comme quand un animal est jeune ou quand un animal se réveille le matin, " a-t-il dit. " Vous avez besoin de ce niveau de contrôle pour étudier les voies sur leur propre terrain, où ils se produisent et comment ils se produisent.

Parce qu'il utilise la lumière pour déclencher des gènes, l'optogénétique offre ce niveau de contrôle, dit Tabor.

« À ce stade, la lumière est vraiment le seul signal qui a suffisamment de précision pour activer les gènes bactériens dans le petit par rapport au gros intestin, par exemple, ou pendant la journée mais pas la nuit, " il a dit.

Tabor a déclaré que lui et Wang avaient discuté de nombreuses façons dont ils pourraient utiliser l'optogénétique pour étudier le vieillissement.

"Elle a trouvé deux douzaines de gènes bactériens qui peuvent prolonger la durée de vie de C. elegans, et nous ne savons pas comment fonctionnent la plupart d'entre eux, " a déclaré Tabor. " Les gènes de l'acide colanique sont vraiment intrigants, mais il y en a beaucoup d'autres que nous aimerions allumer avec la lumière dans le ver pour comprendre comment ils fonctionnent. Nous pouvons également utiliser la technique exacte que nous avons publiée dans cet article pour explorer ces nouveaux gènes. Et d'autres personnes qui étudient le microbiome peuvent également l'utiliser. C'est un outil puissant pour étudier comment les bactéries sont bénéfiques pour notre santé. »

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