Mikrobiell mørk materie kan påvirke kolesterolnivået hos mennesker

I de mørkeste delene av verden hvor lys ikke klarer å blokkere den ufattelige dusen til stjernene, se opp. Det er fortsatt færre flekker som belyser universet enn det er bakterier i verden, skjult for synet, et helt univers inne i bare en menneskelig tarm.

Mange arter er kjent, som E coli , men mange flere, noen ganger referert til som "mikrobiell mørk materie, "forbli unnvikende.

Vi vet at det er der, på grunn av hvordan det påvirker tingene rundt det. "

Doug Kenny, en ph.d. kandidat ved Graduate School of Arts and Sciences

Kenny er medforsteforfatter på en ny studie i Cellvert og mikrobe som belyser litt av det mikrobielle mørke stoffet:en art av tarmbakterier som kan påvirke kolesterolnivået hos mennesker.

"Metabolismen av kolesterol av disse mikrober kan spille en viktig rolle i å redusere både tarm- og blodserumkolesterolkonsentrasjoner, påvirker menneskers helse direkte, "sa Emily Balskus, professor i kjemi og kjemisk biologi ved Harvard University og medforfatter med Ramnik Xavier, kjernemedlem i Broad, meddirektør for Center for informatikk og terapi ved MIT og etterforsker ved Massachusetts General Hospital. De nylig oppdagede bakteriene kan en dag hjelpe mennesker med å håndtere kolesterolnivået gjennom kosthold, probiotika, eller nye behandlinger basert på individuelle mikrobiomer.

Ifølge Centers for Disease Control and Prevention (CDC), i 2016, over 12 prosent av voksne i USA 20 år og eldre hadde høyt kolesterolnivå, en risikofaktor for landets dødsårsak nummer én:hjertesykdom. Bare halvparten av den gruppen tar medisiner som statiner for å håndtere kolesterolnivået; mens slike medisiner er et verdifullt verktøy, de fungerer ikke for alle pasienter og selv om det er sjeldent, kan ha angående bivirkninger.

"Vi leter ikke etter sølvkulen for å løse hjerte- og karsykdommer, "Kenny sa, "men det er dette andre orgelet, mikrobiomet, et annet system i spill som kan regulere kolesterolnivået som vi ikke har tenkt på ennå. "

Grisekloakklagunen

Siden slutten av 1800 -tallet har forskere visste at det skjedde noe med kolesterol i tarmen. Over tiår, arbeidet gikk nærmere et svar. En studie fant til og med tegn på kolesterolkrevende bakterier som lever i en avløpslagune av svin. Men disse mikrober foretrakk å leve i svin, ikke mennesker.

Tidligere studier er som en saksmappe med ledetråder (et laboratorium fra 1977 isolerte til og med den avslørende mikroben, men prøvene gikk tapt). En stor anelse er koprostanol, biproduktet av kolesterolmetabolismen i tarmen. "Fordi mikrobølgeovnen i lagerkolonnen også dannet koprostanol, "sa Balskus, "Vi bestemte oss for å identifisere genene som er ansvarlige for denne aktiviteten, håper vi kan finne lignende gener i den menneskelige tarmen. "

I mellomtiden, Damian Plichta, en beregningsforsker ved Broad Institute og medforfatter av Kenny, søkte etter ledetråder i menneskelige datasett. Hundrevis av bakteriearter, virus og sopp som lever i den menneskelige tarmen, er ennå ikke isolert og beskrevet, han sa. Men såkalte metagenomics kan hjelpe forskere med å omgå et trinn:I stedet for å finne en bakterieart først og deretter finne ut hva den kan gjøre, de kan analysere rikdommen av genetisk materiale som finnes i menneskelige mikrobiomer for å bestemme hvilke evner disse genene koder for.

Plichta krysshenviste massive data om mikrobiomgenomet med prøver av menneskelig avføring for å finne hvilke gener som korresponderte med høye nivåer av koprostanol. "Fra denne enorme mengden korrelasjoner, " han sa, "vi zoomet inn på noen potensielt interessante gener som vi deretter kunne følge opp." I mellomtiden, etter at Balskus og Kenny sekvenserte hele genomet til den kolesterolkrevende svinebakterien, de utvunnet dataene og oppdaget lignende gener:Et signal om at de nærmet seg.

Den menneskelige forbindelsen

Deretter reduserte Kenny søket ytterligere. I laboratoriet, han satte inn hvert potensielt gen i bakterier og testet som gjorde enzymer til å bryte ned kolesterol til koprostanol. Etter hvert, han fant den beste kandidaten, som teamet kalte Intestinal Steroid Metabolism A (IsmA) genet.

"Vi kan nå korrelere tilstedeværelse eller fravær av potensielle bakterier som har disse enzymene med kolesterolnivået i blodet samlet fra de samme individene, "sa Xavier. Ved å bruke menneskelige mikrobiomdatasett fra Kina, Nederland og USA, de oppdaget at mennesker som bærer IsmA -genet i mikrobiomet, hadde 55 til 75 prosent mindre kolesterol i avføringen enn de uten.

"De som har denne enzymaktiviteten har i utgangspunktet lavere kolesterol, "Sa Xavier.

Oppdagelsen, Xavier sa, kan føre til nye terapier-for eksempel en "biotisk cocktail" eller direkte enzymtilførsel til tarmen-for å hjelpe mennesker med å håndtere kolesterolnivået i blodet. Men det er mye arbeid å gjøre først:Teamet kan ha identifisert det avgjørende enzymet, men de trenger fortsatt å isolere den ansvarlige mikroben. De må bevise ikke bare sammenheng, men årsakssammenheng-at mikroben og enzymet er direkte ansvarlig for å senke kolesterol hos mennesker. Og, de må analysere hvilken effekt koprostanol, reaksjonens biprodukt, har på menneskers helse.

"Det betyr ikke at vi skal ha svar i morgen, men vi har en oversikt over hvordan vi skal gjøre det, "Sa Xavier.

• Tverrfaglige pediatriske aerodigestive sentre gir bedre resultater med reduserte kostnader
• Antibiotikum X-206 effektivt mot SARS-CoV-2 in vitro