Tyrimai rodo, kaip kolano rūgštis prailgina C. elegans gyvenimo trukmę

Mengo grupė atrado, kad CA junginys gali prailginti gyvenimo trukmę, tačiau jie negalėjo tiksliai pasakyti, ar tai yra dietinis ingredientas, kuris buvo virškinamas skrandyje, ar metabolitas, kurį gamina bakterijos žarnyne. Mes galėjome apriboti CA gamybą žarnyne ir parodyti, kad tai turėjo teigiamą poveikį žarnyno ląstelėms ".

Taboras, Bioinžinerijos ir biologijos mokslų docentas, Ryžių universitetas

Dėl eksperimentų, Taboro laboratorijoje pagamintos E. coli padermės, kad, veikiant žaliai, susidarytų CA, bet ne raudona, šviesa. Norėdami įsitikinti, kad bakterijos veikia tinkamai, komanda pridėjo genų, kad sukurtų skirtingų spalvų fluorescencinius baltymus, kurie ryškiai matytųsi mikroskopu. Visada buvo viena spalva, kad būtų lengviau pamatyti, kur kirminų viduje yra bakterijų, o antroji spalva buvo pagaminta tik tada, kai bakterijos gamino CA.

Bendradarbiaujant su Wang laboratorija, Taboro laboratorija laikė bakterijas raudonoje šviesoje ir šėrė jas kirmėlėms, rūšis, vadinama Caenorhabditis elegans (C. elegans), dažniausiai naudojama gyvybės moksluose. Mokslininkai stebėjo bakterijų progresavimą per virškinamąjį traktą ir įžengę į žarnyną įjungė žalią šviesą.

„Patekus į žalią šviesą, kirminai, nešantys šią E. coli padermę, taip pat gyveno ilgiau. Kuo stipresnė šviesa, kuo ilgesnis tarnavimo laikas, - tarė Vangas, Robert C. Fyfe apdovanota senėjimo kėdė, molekulinės ir žmogaus genetikos profesorius Huffingtono senėjimo centre Baylor ir Howardo Hugheso medicinos instituto tyrėjas.

C. elegans ląstelėse ir kitoje aukštesnės eilės gyvybėje, nuo žmonių iki mielių, specializuotos organelės, vadinamos mitochondrijomis, tiekia didžiąją dalį energijos. Tūkstančiai mitochondrijų dirba visą parą kiekvienoje ląstelėje ir palaiko dinamišką skilimo ir sintezės pusiausvyrą, tačiau laikui bėgant jie tampa mažiau veiksmingi. Senstant žmonėms ir kitiems organizmams, mitochondrijų disfunkcija lemia jų ląstelių funkcinio nuosmukio atsiradimą.

Ankstesniuose eksperimentuose su C. elegans, Wangas ir jo kolegos parodė, kad CA gali reguliuoti pusiausvyrą tarp mitochondrijų skilimo ir suliejimo žarnyno ir raumenų ląstelėse, kad būtų skatinamas ilgaamžiškumas. Kirminai paprastai gyvena apie tris savaites, tačiau Wango laboratorija parodė, kad CA gali pratęsti savo gyvenimą iki 4,5 savaičių - 50% ilgiau nei įprastai.

Taboras sakė, kad tai kelia daugybę klausimų. Pavyzdžiui, jei CA gaminamas žarnyne, ar žarnyno ląstelės pirmiausia naudingos? Ar teigiamas CA poveikis yra susijęs su jo lygiu? Ir svarbiausia, ar mitochondrijų nauda plinta visame kūne iš žarnyno?

Viduje konors eLife studijuoti, tyrėjai nustatė, kad CA gamyba žarnyne per trumpą laiką tiesiogiai pagerino žarnyno ląstelių mitochondrijų funkciją. Jie nerado tokių tiesioginių įrodymų, trumpalaikė mitochondrijų nauda kirminų raumenų ląstelėse. Taigi, ilgaamžiškumą skatinantis CA poveikis prasideda nuo žarnyno, o vėliau laikui bėgant plinta į kitus audinius.

„Su mūsų technologija mes galime naudoti šviesą, kad įjungtume CA gamybą ir stebėtume, kaip efektas sklinda per kirminą, “, - sakė Taboras.

Jis sakė, kad optogenetinės technologijos tikslumas gali leisti tyrėjams užduoti esminius klausimus apie žarnyno metabolizmą.

„Jei galite tiksliai kontroliuoti metabolitų gamybos laiką ir vietą, galite galvoti apie eksperimentinius dizainus, kurie parodo priežastis ir pasekmes, " jis pasakė.

Svarbus pasiekimas būtų parodyti, kad žarnyno bakterijos tiesiogiai veikia sveikatą ar ligas.

„Žinome, kad žarnyno bakterijos veikia daugelį mūsų organizmo procesų, "Taboras sakė." Jie buvo susiję su nutukimu, diabetas, nerimas, vėžys, autoimuninės ligos, širdies ir inkstų ligos. Buvo sprogimas tyrimų, kuriais buvo išmatuota, kokias bakterijas turite, kai sergate šia liga ar šia liga, ir tai rodo visokias sąsajas “.

Tačiau yra didelis skirtumas tarp koreliacijos ir priežastingumo rodymo, - sakė Taboras.

"Tikslas, tai, ko tu tikrai nori, ar žarnyno bakterijos, kurias galite valgyti, pagerins jūsų sveikatą ar gydys ligas, " jis pasakė.

Tačiau tyrėjams sunku įrodyti, kad žarnyno bakterijų gaminamos molekulės sukelia ligas ar sveikatą. Iš dalies taip yra todėl, kad žarnyną sunku pasiekti eksperimentiškai, ir ypač sunku sukurti eksperimentus, kurie parodytų, kas vyksta tam tikrose žarnyno vietose.

„Žarnynas yra sunkiai pasiekiama vieta, ypač dideliems žinduoliams, "Taboras sakė." Mūsų žarnos yra 28 pėdų ilgio, ir jie labai nevienalyčiai. PH keičiasi, o bakterijos gana dramatiškai keičiasi. Taip pat ir audiniai bei tai, ką jie daro, kaip ir jų išskiriamos molekulės.

„Norėdami atsakyti į klausimus, kaip žarnyno bakterijos veikia mūsų sveikatą, turite sugebėti įjungti genus tam tikrose vietose ir tam tikru laiku, kaip kai gyvūnas yra jaunas arba kai gyvūnas pabunda ryte, "jums reikia." Jums reikia tokio lygio kontrolės, kad galėtumėte ištirti kelius savo veja, kur jie vyksta ir kaip jie vyksta “.

Kadangi jis naudoja šviesą genams sukelti, optogenetika siūlo tokį kontrolės lygį, - sakė Taboras.

„Iki šiol, šviesa yra vienintelis signalas, turintis pakankamai tikslumo įjungti bakterijų genus plonojoje ir storojoje žarnoje, pavyzdžiui, arba dieną, bet ne naktį, " jis pasakė.

Taboras sakė, kad jis ir Wangas aptarė daugybę būdų, kaip jie galėtų naudoti optogenetiką senėjimui tirti.

„Ji rado dvi dešimtis bakterinių genų, galinčių prailginti C. elegans gyvenimą, ir mes nežinome, kaip dauguma jų dirba, "Taboras sakė." Kolano rūgšties genai yra tikrai intriguojantys, tačiau yra daug daugiau dalykų, kuriuos norėtume įjungti su kirmino šviesa, kad išsiaiškintume, kaip jie veikia. Mes taip pat galime naudoti tikslią techniką, kurią paskelbėme šiame dokumente, kad ištirtume tuos naujus genus. Ir kiti žmonės, studijuojantys mikrobiomą, taip pat gali jį naudoti. Tai galingas įrankis tiriant, kaip bakterijos naudingos mūsų sveikatai “.

• 2/3 fazės COVID-19 tyrimas įvertina saugumą,
• Nanoplastikai veikia žmogaus žarnyno mikrobiomos sudėtį ir įvairovę