La ricerca mostra come l'acido colanico estende la durata della vita in C. elegans

La ricercatrice del Baylor College of Medicine Meng Wang aveva già dimostrato che i batteri che producono un metabolita chiamato acido colanico (CA) potrebbero prolungare la durata della vita dei vermi nel suo laboratorio fino al 50%, ma la sua collaborazione con il biologo sintetico della Rice University Jeffrey Tabor sta fornendo strumenti per rispondere alla domanda più grande su come il metabolita impartisca una vita più lunga.

In uno studio pubblicato su eLife , Wang, Tabor e colleghi hanno dimostrato di poter utilizzare diversi colori di luce per attivare e disattivare i geni dei batteri intestinali mentre i batteri si trovavano nell'intestino dei vermi. Il lavoro è stato reso possibile da un sistema di controllo optogenetico che Tabor ha sviluppato da oltre un decennio.

Il gruppo di Meng ha scoperto che il composto CA potrebbe prolungare la durata della vita, ma non potevano dire con certezza se si trattasse di un ingrediente alimentare che veniva digerito nello stomaco o di un metabolita prodotto dai batteri nell'intestino. Siamo stati in grado di limitare la produzione di CA all'intestino e dimostrare che ha avuto un effetto benefico sulle cellule dell'intestino".

Tabor, Professore Associato di Bioingegneria e di Bioscienze, Università del riso

Per gli esperimenti, Il laboratorio di Tabor ha ingegnerizzato ceppi di E. coli per produrre CA quando esposti al verde, ma non rosso, leggero. Per assicurarsi che i batteri abbiano funzionato correttamente, il team ha aggiunto geni per creare diversi colori di proteine ​​fluorescenti che sarebbero apparse luminose al microscopio. Un colore era sempre presente, per rendere più facile vedere dove si trovavano i batteri all'interno dei vermi, e un secondo colore è stato creato solo quando i batteri stavano producendo CA.

In collaborazione con il laboratorio Wang, Il laboratorio di Tabor ha tenuto i batteri sotto una luce rossa e li ha dati in pasto ai vermi, una specie chiamata Caenorhabditis elegans (C. elegans) comunemente usata nelle scienze della vita. I ricercatori hanno monitorato i progressi dei batteri attraverso il tratto digestivo e hanno acceso la luce verde quando sono arrivati ​​all'intestino.

"Quando esposto alla luce verde, anche i vermi portatori di questo ceppo di E. coli vivevano più a lungo. Più forte è la luce, più lunga è la durata della vita, " ha detto Wang, la sedia dotata di Robert C. Fyfe sull'invecchiamento, un professore di genetica molecolare e umana presso l'Huffington Center on Aging a Baylor e un investigatore dell'Howard Hughes Medical Institute.

Nelle cellule di C. elegans e di altre forme di vita di ordine superiore, dall'uomo al lievito, organelli specializzati chiamati mitocondri forniscono la maggior parte dell'energia. Migliaia di mitocondri lavorano 24 ore su 24 in ogni cellula e mantengono un equilibrio dinamico tra fissione e fusione, ma diventano meno efficienti nel tempo. Quando le persone e gli altri organismi invecchiano, la disfunzione dei mitocondri porta al declino funzionale delle loro cellule.

In precedenti esperimenti con C. elegans, Wang e colleghi hanno dimostrato che la CA può regolare l'equilibrio tra la fissione e la fusione mitocondriale sia nelle cellule intestinali che in quelle muscolari per promuovere la longevità. I vermi in genere vivono circa tre settimane, ma il laboratorio di Wang ha dimostrato che la CA può prolungare la loro vita fino a 4,5 settimane, il 50% in più del solito.

Tabor ha detto che questo solleva una serie di domande. Ad esempio, se CA è prodotto nell'intestino, beneficiano prima le cellule intestinali? L'effetto benefico dell'AC è correlato al suo livello? E, cosa più importante, i benefici mitocondriali si diffondono in tutto il corpo dall'intestino?

Nel eLife studio, i ricercatori hanno scoperto che la produzione di CA nell'intestino ha migliorato direttamente la funzione mitocondriale nelle cellule intestinali in breve tempo. Non hanno trovato prove di tale diretta, benefici mitocondriali a breve termine nelle cellule muscolari dei vermi. Così, l'effetto di promozione della longevità di CA inizia dall'intestino e poi si diffonde in altri tessuti nel tempo.

"Con la nostra tecnologia, possiamo usare la luce per attivare la produzione CA e guardare l'effetto viaggiare attraverso il worm, " disse Tabor.

Ha detto che la precisione della tecnologia optogenetica potrebbe consentire ai ricercatori di porre domande fondamentali sul metabolismo intestinale.

"Se riesci a controllare con precisione i tempi e il luogo della produzione di metaboliti, puoi pensare a progetti sperimentali che mostrano causa ed effetto, " Egli ha detto.

Dimostrare che i batteri intestinali hanno un impatto diretto sulla salute o sulla malattia sarebbe un risultato importante.

"Sappiamo che i batteri intestinali influenzano molti processi nel nostro corpo, " Tabor ha detto. "Sono stati collegati all'obesità, diabete, ansia, tumori, Malattie autoimmuni, malattie cardiache e malattie renali. C'è stata un'esplosione di studi che misurano quali batteri hai quando hai questa o quella malattia, e sta mostrando tutti i tipi di correlazioni."

Ma c'è una grande differenza tra mostrare correlazione e causalità, ha detto Tabor.

"L'obiettivo. il gol, la cosa che vuoi veramente, sono batteri intestinali che puoi mangiare che miglioreranno la salute o cureranno le malattie, " Egli ha detto.

Ma è difficile per i ricercatori dimostrare che le molecole prodotte dai batteri intestinali causino malattie o salute. Ciò è in parte dovuto al fatto che è difficile accedere all'intestino sperimentalmente, ed è particolarmente difficile progettare esperimenti che mostrino cosa sta accadendo in luoghi specifici all'interno dell'intestino.

"L'intestino è un posto difficile da raggiungere, soprattutto nei grandi mammiferi, " Tabor ha detto. "I nostri intestini sono lunghi 28 piedi, e sono molto eterogenei. Il pH cambia in tutto e i batteri cambiano in modo abbastanza drammatico lungo la strada. Quindi fai i fazzoletti e quello che stanno facendo, come le molecole che secernono.

"Per rispondere alle domande su come i batteri intestinali influenzano la nostra salute, devi essere in grado di attivare i geni in luoghi specifici e in momenti particolari, come quando un animale è giovane o quando un animale si sveglia al mattino, " ha detto. "Hai bisogno di quel livello di controllo per studiare i percorsi sul proprio territorio, dove accadono e come accadono."

Perché usa la luce per attivare i geni, l'optogenetica offre quel livello di controllo, ha detto Tabor.

"A questo punto, la luce è davvero l'unico segnale che ha una precisione sufficiente per attivare i geni batterici nell'intestino tenue rispetto a quello crasso, Per esempio, o di giorno ma non di notte, " Egli ha detto.

Tabor ha detto che lui e Wang hanno discusso molti modi in cui potrebbero usare l'optogenetica per studiare l'invecchiamento.

"Ha trovato due dozzine di geni batterici che possono prolungare la durata della vita in C. elegans, e non sappiamo come funziona la maggior parte di loro, " disse Tabor. "I geni dell'acido colanico sono davvero intriganti, ma ce ne sono molti altri che vorremmo accendere con la luce nel worm per capire come funzionano. Possiamo usare la tecnica esatta che abbiamo pubblicato in questo articolo per esplorare anche quei nuovi geni. E anche altre persone che stanno studiando il microbioma possono usarlo. È uno strumento potente per indagare su come i batteri stanno apportando benefici alla nostra salute".

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