Forskere utvikler molekyler som kan omdanne tarmbakterier til en sunnere tilstand

Forskere ved Scripps Research har utviklet molekyler som kan remodelere tarmens bakteriepopulasjon til en sunnere tilstand, og de har vist-gjennom forsøk på mus-at dette reduserer kolesterolnivået og sterkt hemmer tilstanden med tykkere arterier, kjent som aterosklerose.

Forskerne, som rapporterer sine funn i Naturbioteknologi , laget et sett med molekyler kalt peptider som kan bremse veksten av mindre ønskelige arter av tarmbakterier.

Hos mus som utvikler høyt kolesterol og åreforkalkning fra et fettrikt kosthold, peptidene forandret fordelaktig balansen mellom arter i tarmmikrobiomet, som refererer til billioner av bakterier som lever inne i fordøyelsessystemet.

Dette skiftet reduserte kolesterolnivået og bremset dramatisk oppbyggingen av fettforekomster i arterier-symptomer som er kjennetegnene på åreforkalkning.

Aterosklerose er tilstanden som fører til hjerteinfarkt og slag, de to viktigste dødsårsakene blant mennesker.

"Det var overraskende for oss at bare ombygging av tarmmikrobiomet kan ha en så omfattende effekt, "sier studieforfatter Reza Ghadiri, Ph.D., professor ved Institutt for kjemi ved Scripps Research.

Tarmmikrober former vår helse

Tarmmikrobiomet, som inkluderer hundrevis av bakteriearter, utviklet seg for lenge siden som en del av en grunnleggende symbiose:Bakteriene får et sted å bo og mye å spise, og til gjengjeld, de hjelper dyrevertene sine, i stor grad ved å hjelpe dem med å fordøye mat.

I løpet av de siste to tiårene har disse symbiotiske bakteriene har blitt et fokus for intens studie rundt om i verden, som forskere har oppdaget at mikrober-delvis ved produksjon av molekyler som kalles metabolitter-ikke bare hjelper til med å fordøye mat, men spiller en rolle i metabolismen, immunitet og andre viktige funksjoner.

Forskere har også lært at denne symbiosen kan ha en ulempe for bakteriens menneskelige verter. Når folk bruker for mye antibiotika eller bruker "vestlige" dietter som er rike på karbohydrater, fett, og sukker, tarmmikrobiomet kan endres på måter som fremmer sykdom.

Faktisk, det ser nå ut til at den økte risikoen for fedme, diabetes, hypertensjon, og åreforkalkning som det vestlige kostholdet gir, skyldes delvis negative endringer i mikrobiomet.

Denne anerkjennelsen har ført til at forskere har letet etter måter å ombygge mikrobiomet på, med målet om å rulle tilbake de negative endringene for å gjenopprette god helse.

Ghadiri og teamet hans har jobbet med en metode som innebærer å levere små molekyler for å drepe eller bremse veksten av dårlige tarmbakterier uten å påvirke gode tarmbakterier.

Vår tilnærming, ved bruk av små molekyler kalt sykliske peptider, er inspirert av naturen, Cellene våre bruker naturligvis en mangfoldig samling av molekyler inkludert antimikrobielle peptider for å regulere tarmmikropopulasjonene våre. "

Luke Leman, Ph.D, Medforfatter og assisterende professor, Institutt for kjemi, Scripps Research

Et screeningssystem for å identifisere mikrobiom -ombyggere

Før eksperimentene, teamet hadde allerede en liten samling av sykliske peptider som var laget ved hjelp av kjemiteknikker.

For studien, de satte opp et screeningssystem for å avgjøre om noen av disse peptidene med fordel kunne omforme tarmmikrobiomet hos pattedyr ved å undertrykke uønskede tarmbakterier.

Ved å bruke mus som er genetisk utsatt for høyt kolesterol, de matet dyrene en diett av vestlig type som raskt og pålitelig gir høyt kolesterol i blodet og åreforkalkning, samt ugunstige endringer i tarmmikrobiomet.

Forskerne prøvde deretter dyrenes tarminnhold og brukte et annet syklisk peptid til hver prøve.

Et døgn senere, de sekvenserte det bakterielle DNA i prøvene for å bestemme hvilke peptider som hadde forskjøvet tarmbakteriomet i ønsket retning.

Forskerne identifiserte snart to peptider som betydelig hadde bremset veksten av uønskede tarmbakterier, å flytte artsbalansen nærmere det man ser hos mus som får et sunnere kosthold.

Ved å bruke disse peptidene til å behandle aterosklerose-utsatte mus som spiste et fettrikt vestlig kosthold, de fant slående reduksjoner i dyrenes kolesterolnivå i blodet sammenlignet med ubehandlede mus-omtrent 36 prosent etter to ukers behandling.

De fant også ut at etter 10 uker, aterosklerotiske plakk i arteriene til de behandlede musene ble redusert med omtrent 40 prosent i areal, sammenlignet med de i ubehandlede mus.

"Dette var virkelig bemerkelsesverdige effekter, "Sier Ghadiri.

De sykliske peptidene som ble brukt i studien, virker tilsynelatende på de ytre membranene til visse bakterieceller på måter som bremser eller stopper cellens vekst.

Ghadiri og teamet hans har forsket på disse peptidene i årevis og har satt sammen et sett med dusinvis som ikke viser giftighet for cellene til pattedyr.

Molekylene passerer også gjennom tarmen uten å komme inn i blodet. I studien, peptidene ble levert til musene i drikkevann og var ikke forbundet med noen negative bivirkninger.

Jublet over bevis-på-prinsippet-demonstrasjonen, forskerne tester nå peptidene sine hos mus som modellerer diabetes, en annen vanlig tilstand som er knyttet til et usunt mikrobiom.

"Direkte remodellering av muse -tarmmikrobiomet hemmer utviklingen av åreforkalkning" ble skrevet av Poshen Chen, Audrey Black, Adam Sobel, Yannan Zhao, Purba Mukherjee, Bhuvan Molparia, Nina Moore, Tysk Muench, Jiejun Wu, Weixuan Chen, Antonio Pinto, Bruce Maryanoff, Alan Saghatelian, Pejman Soroosh, Ali Torkamani, Luke Leman og Reza Ghadiri.

• Nye antisense -medisiner viser løfte om å forbedre helsen til mennesker med NAFLD
• Vegetarianere har lavere BMI og er mindre utadvendte enn kjøttspisende mennesker