Forskere oppdager hvordan bakterieenzym fjerner betennelsesfremkallende kjøttkarbohydrater

De fleste pattedyr produserer naturlig et karbohydrat kjent som Neu5Gc -; mennesker gjør det ikke. Derimot, når vi spiser rødt kjøtt, dyr Neu5Gc er innlemmet i vevet vårt. Når karbohydratet bygger seg opp, vårt immunsystem behandler Neu5Gc som en utenlandsk inntrenger, genererer antistoffer mot det. Det er derfor rødt kjøttrikt kosthold er forbundet med kronisk betennelse og relaterte sykdommer, som tykktarmskreft og åreforkalkning.

Forskere ved University of California San Diego School of Medicine oppdaget nylig hvordan tarmbakterier bruker enzymer til å fjerne cellene våre fra Neu5Gc -innholdet, slik at de kan glede seg over underliggende sukker, og ved å gjøre det, frigjør karbohydrater i blodet.

Studien, publisert 23. september, 2019 i Naturmikrobiologi , introduserer muligheten for å bruke disse bakterielle enzymer, kalt sialidaser, for å fjerne Neu5Gc fra vevet og potensielt fjerne karbohydratet fra rødt kjøtt før det spises.

Det er vårt håp at denne tilnærmingen kan brukes som en slags probiotisk eller prebiotisk for å redusere betennelse og risiko for inflammatoriske sykdommer -; uten å gi opp biff. "

Karsten Zengler, PhD, professor i pediatri og bioingeniør, UC San Diego og seniorforfatter

Forskere har i flere tiår visst at tykktarmskreft og åreforkalkning er mer vanlig hos mennesker som spiser mye rødt kjøtt, men ikke hos ikke-menneskelige kjøttetere. Neu5Gc ble implisert som koblingen mellom rødt kjøttforbruk og disse menneskelige sykdommene i tidligere studier av studieforfatter Ajit Varki, MD, Fremstående professor i medisin og cellulær og molekylær medisin ved UC San Diego School of Medicine, og kolleger. De viste at Neu5Gc i kosten fremmer betennelse, svulster og åreforkalkning hos Neu5Gc-mangelfulle (humaniserte) mus.

I deres siste studie, Zenglers team brukte lignende humaniserte mus (musemodeller som er blitt genetisk modifisert for å reflektere menneskelig biologi på en eller annen måte) for å bestemme hvordan diett påvirker sammensetningen av mikrobiomene -; samfunn av mikrober, spesielt bakterier -; bor i tarmen. Musene ble matet enten med et Neu5Gc-rikt rødt kjøtt diett eller en av to kontroll dietter som manglet karbohydrat.

Alt i alt, det røde kjøttlignende dietten var assosiert med mindre bakteriell mangfold i musens tarmmikrobiomer. Likevel var det flere bakterietyper som var mer utbredt i tarmen til Neu5Gc-matede mus enn musene som ikke spiste kjøttrelaterte karbohydrater. En av disse var Bacteroides , en type bakterier som er kjent for å overleve på karbohydrater.

Mer spesifikt, en Bacteroides enzymet var spesielt rikelig i Neu5Gc -matede mus -; en ny type sialidase som spalter Neu5Gc av celler.

For å finne ut hvordan museresultatene kan oversettes til mennesker, Zengler håpet opprinnelig å gjennomføre en studie der folk ville spise et vegetarisk kosthold i to måneder, bytt deretter til kjøttforbruk i to måneder, alt mens teamet sporet hvordan tarmmikrobiomer og sialidaser endret seg. I stedet for å starte en slik studie, som hadde vært dyrt, Zengler fant et naturlig eksperiment i Hadzas livsstil, en urfolks jeger-samlergruppe som bor i en avsidesliggende region i Tanzania, i Øst -Afrika. I den tørre sesongen, Hadza jakter og spiser kjøtt. I den våte sesongen, de kan ikke jakte og i stedet stole på en diett hovedsakelig av bær og honning.

Andre forskergrupper har tidligere studert Hadza og deres mikrobiomer. Undersøker offentlig tilgjengelige genomiske data fra Hadza tarmbakterier over tid, Zenglers team la merke til det Bacteroides inneholdende sialidase-genet var minst to ganger mer rikelig i løpet av den tørre (kjøttspisende) sesongen, sammenlignet med den våte sesongen.

Men bare fordi sialidase -gener er tilstede, betyr ikke nødvendigvis at de også er aktive. Så forskere syntetiserte Hadza bakterielle sialidase -genet og produserte enzymet i laboratoriet. Den resulterende sialidase var aktiv og foretrakk ikke-humant Neu5Gc fremfor lignende humane karbohydrater.

Zengler tok deretter studiet et skritt videre:til matbutikken. Teamet hans kjøpte biff og svinepølse fra en lokal butikk og brakte den tilbake til laboratoriet. De gned sin lab-laget sialidase på kjøttet og, sikker nok, det meste av Neu5Gc kom rett av.

"Tilnærmingen er ikke perfekt ennå -; sialidaseenzymet foretrekker å spalte Neu5Gc, men det klyver fortsatt litt av et lignende menneskelig karbohydrat, "sa Zengler, som også er fakultetsmedlem i Center for Microbiome Innovation ved UC San Diego.

Han og teamet hans jobber nå med å optimalisere enzymet for å øke dets spesifisitet. Teamet ønsker også å utforske metoder for å masseprodusere enzymet og videre utforske potensialet for å forhindre betennelse og inflammatoriske sykdommer.

• Studien evaluerer nye teknikker for å forbedre lege-pasientkommunikasjon ved slutten av livet
• Mount Sinai kunngjør opprettelsen av Biomedical Engineering and Imaging Institute