Istraživanja pokazuju kako kolanska kiselina produljuje životni vijek kod C. elegans

Mengova je skupina otkrila da CA spoj može produljiti životni vijek, ali nisu mogli sa sigurnošću reći je li to dijetalni sastojak koji se probavlja u želucu ili metabolit koji proizvode bakterije u crijevima. Uspjeli smo ograničiti proizvodnju CA u crijevima i pokazati da ima blagotvoran učinak na stanice u crijevima. "

Tabor, Izvanredni profesor bioinženjeringa i bioznanosti, Sveučilište Rice

Za pokuse, Taborov laboratorij konstruirao je sojeve E. coli za stvaranje CA pri izlaganju zelenoj boji, ali ne crveno, svjetlo. Kako biste bili sigurni da je bakterija ispravno djelovala, tim je dodao gene za stvaranje različitih boja fluorescentnih proteina koji bi se sjajno prikazali pod mikroskopom. Uvijek je bila prisutna jedna boja, kako biste lakše vidjeli gdje se bakterije nalaze unutar crva, a druga boja je nastala tek kad su bakterije proizvodile CA.

U suradnji s laboratorijem Wang, Taborov laboratorij držao je bakterije na crvenom svjetlu i hranio ih crvima, vrsta zvana Caenorhabditis elegans (C. elegans) koja se obično koristi u znanostima o životu. Istraživači su pratili napredak bakterije kroz probavni trakt i uključili zeleno svjetlo kad su stigli do crijeva.

"Kada je izložen zelenom svjetlu, crvi koji su nosili ovaj soj E. coli također su živjeli duže. Što je svjetlo jače, duži vijek trajanja, "rekao je Wang, zadužbina Robert C. Fyfe o starenju, profesor molekularne i humane genetike u Centru za starenje Huffington u Bayloru i istražitelj Medicinskog instituta Howard Hughes.

U stanicama C. elegans i drugom životu višeg reda, od ljudi do kvasca, većinu energije opskrbljuju specijalizirani organeli zvani mitohondriji. Tisuće mitohondrija rade danonoćno u svakoj stanici i održavaju dinamičku ravnotežu između fisije i fuzije, ali s vremenom postaju manje učinkoviti. Kako ljudi i drugi organizmi stare, disfunkcija mitohondrija dovodi do funkcionalnog pada njihovih stanica.

U prethodnim pokusima s C. elegans, Wang i kolege pokazali su da CA može regulirati ravnotežu između fisije mitohondrija i fuzije u crijevnim i mišićnim stanicama kako bi se potaknula dugovječnost. Crvi obično žive oko tri tjedna, ali je Wangov laboratorij pokazao da CA može produžiti njihov život na 4,5 tjedna - 50% duže nego inače.

Tabor je rekao da to postavlja mnoštvo pitanja. Na primjer, ako se CA proizvodi u crijevima, koriste li crijevne stanice prije svega? Je li povoljan učinak CA povezan s njegovom razinom? I najvažnije, šire li se mitohondrijske dobrobiti cijelim tijelom iz crijeva?

U eŽivot studija, istraživači su otkrili da proizvodnja CA u crijevima izravno poboljšava funkciju mitohondrija u stanicama crijeva u kratkom vremenu. Nisu našli dokaze za tako izravno, kratkotrajne prednosti mitohondrija u mišićnim stanicama crva. Tako, učinak CA koji potiče dugovječnost počinje iz crijeva, a zatim se s vremenom širi u druga tkiva.

"Uz našu tehnologiju, možemo upotrijebiti svjetlo za uključivanje CA proizvodnje i gledati učinak koji prolazi kroz crva, “Rekao je Tabor.

Rekao je da bi preciznost optogenetske tehnologije mogla omogućiti istraživačima da postavljaju temeljna pitanja o metabolizmu crijeva.

"Ako možete precizno kontrolirati vrijeme i mjesto proizvodnje metabolita, možete razmišljati o eksperimentalnim nacrtima koji pokazuju uzrok i posljedicu, " On je rekao.

Pokazati da crijevne bakterije izravno utječu na zdravlje ili bolest bilo bi veliko postignuće.

"Znamo da crijevne bakterije utječu na mnoge procese u našem tijelu, "Rekao je Tabor." Povezani su s pretilošću, dijabetes, anksioznost, karcinomi, autoimune bolesti, bolesti srca i bubrega. Došlo je do eksplozije studija koje mjere koje bakterije imate kada imate ovu ili onu bolest, i pokazuje sve vrste korelacija. "

No, postoji velika razlika između pokazivanja korelacije i uzročnosti, Rekao je Tabor.

"Cilj, stvar koju stvarno želiš, je li crijevna bakterija koju možete jesti koja će poboljšati zdravlje ili liječiti bolesti, " On je rekao.

No, istraživačima je teško dokazati da molekule koje proizvode crijevne bakterije uzrokuju bolesti ili zdravlje. To je dijelom i zbog toga što je crijevima teško eksperimentalno pristupiti, a posebno je teško osmisliti pokuse koji pokazuju što se događa na određenim mjestima unutar crijeva.

"Utroba je teško dostupna, osobito kod velikih sisavaca, "Rekao je Tabor." Naša crijeva duga su 28 stopa, i vrlo su heterogene. PH se stalno mijenja, a bakterije se usput prilično dramatično mijenjaju. Tako i tkiva i ono što rade, poput molekula koje luče.

"Da bismo odgovorili na pitanja o tome kako crijevne bakterije utječu na naše zdravlje, morate biti u mogućnosti uključiti gene na određenim mjestima i u određeno vrijeme, kao kad je životinja mlada ili kad se životinja ujutro probudi, "rekao je." Potrebna vam je ta razina kontrole da biste proučavali putove na vlastitom terenu, gdje se događaju i kako se događaju. "

Budući da koristi svjetlost za pokretanje gena, optogenetika nudi tu razinu kontrole, Rekao je Tabor.

"Do ovog trenutka, svjetlo je zaista jedini signal koji ima dovoljno preciznosti da uključi bakterijske gene u tankom naspram debelog crijeva, na primjer, ili danju, ali ne i noću, " On je rekao.

Tabor je rekao da su on i Wang razgovarali o mnogim načinima na koje bi mogli koristiti optogenetiku za proučavanje starenja.

"Pronašla je dva tuceta bakterijskih gena koji mogu produžiti životni vijek kod C. elegans, i ne znamo kako većina njih radi, "Rekao je Tabor." Geni kolanske kiseline zaista su intrigantni, ali postoji još mnogo toga što bismo htjeli upaliti sa svjetlom u crvu kako bismo shvatili kako oni rade. Točnu tehniku ​​koju smo objavili u ovom radu možemo upotrijebiti i za istraživanje tih novih gena. I drugi ljudi koji proučavaju mikrobiom mogu ga koristiti. To je moćno oruđe za istraživanje kako bakterije utječu na naše zdravlje. "

• Faza 2/3 studija COVID-19 procjenjuje sigurnost,
• Nanoplastika utječe na sastav i raznolikost crijevnog mikrobioma čovjeka