Forskere avdekker kommunikasjon mellom arter mellom tarmbakterier og vert

Bakterier i tarmen gjør langt mer enn å hjelpe til med å fordøye mat i magen til vertene sine, de kan også fortelle genene i pattedyrvertene sine hva de skal gjøre.

En studie publisert i dag i Celle beskriver en form for "interkommunikasjon" der bakterier skiller ut et spesifikt molekyl-nitrogenoksid-som lar dem kommunisere med og kontrollere vertenes DNA, og antyder at samtalen mellom de to i stor grad kan påvirke menneskers helse.

Forskerne fra Case Western Reserve University School of Medicine, Universitetssykehus Cleveland Medical Center, og Harvard Medical School sporet nitrogenoksid utskilt av tarmbakterier inne i små ormer (C. elegans, en vanlig laboratoriemodell for pattedyr). Nitrogenoksid utskilt av tarmbakterier festet til tusenvis av vertsproteiner, fullstendig endring av en orms evne til å regulere sitt eget genuttrykk.

Studien er den første som viser at tarmbakterier kan komme i kontakt med nitrogenoksidnettverk som er allestedsnærværende hos pattedyr, inkludert mennesker. Nitrogenoksid fester seg til menneskelige proteiner på en nøye regulert måte-en prosess kjent som S-nitrosylering-og forstyrrelser er stort sett involvert i sykdommer som Alzheimers, Parkinsons, astma, diabetes, hjertesykdom, og kreft.

Funnene tyder på at nitrogenoksid er en generell mekanisme der tarmbakterier kan kommunisere med pattedyrverter. Tidligere arbeid for å fjerne kommunikasjonslinjer til og fra tarmbakterier har først og fremst fokusert på sjeldne molekyler som bakterier utskiller. De nye funnene ligner på å avdekke et kjemisk språk som er vanlig på tvers av arter, i motsetning til enkeltord, sa seniorforfatter Jonathan Stamler, MD, direktør for Institute for Transformative Molecular Medicine ved Case Western Reserve University School of Medicine og president for Harrington Discovery Institute ved University Hospitals Cleveland Medical Center. "Det er enorm kompleksitet i tarmen, og mange forskere er ute etter det neste uvanlige stoffet produsert av en bakterie som kan påvirke menneskers helse, "sier han. Med billioner av bakterier i den gjennomsnittlige tarmen, Stamler bestemte seg for å lete etter et felles språk som alle bakteriearter kan bruke. "Omfanget av tarmbakteriepopulasjonen og dens forhold til verten spår at det vil være generelle midler til å kommunisere som vi mennesker kan kjenne igjen."

Forskerne demonstrerte fenomenet ved å mate utviklende ormbakterier som produserer nitrogenoksid. De valgte deretter et veldig viktig protein-argonauteprotein, eller ALG-1-som er sterkt konservert fra ormer til mennesker og demper unødvendige gener, inkludert gener som er kritiske for utvikling. Når nitrogenoksid utskilles av bakteriene festet til ALG-1, de utviklet misdannede reproduktive organer og døde. For mye nitrogenoksid fra bakterier beordret ormenes DNA -dempende proteiner og svekket sunn utvikling.

"Praktisk sett, dyr vil ikke la dette skje, "Sa Stamler. I stedet forfatterne spekulerer i at en pattedyrvert utenfor laboratorieinnstillingene vil justere seg for å imøtekomme endrede nitrogenoksidnivåer. Sa Stamler, "Ormen kommer til å kunne slutte å spise bakteriene som lager nitrogenoksid, eller det vil begynne å spise forskjellige bakterier som gjør mindre nitrogenoksid, eller endre miljøet, eller utallige andre tilpasninger. Men på samme måte, for mye nitrogenoksid produsert av mikrobiomet vårt kan forårsake sykdom eller utviklingsproblemer hos fosteret. "

Studien legger til et voksende bevis på at bakterier som lever i tarmen, bestemt av kosthold og miljø, har en enorm innflytelse på pattedyrs helse. Stamler forestiller seg nitrogenoksid kan representere en mulighet til å manipulere dette symbiotiske forholdet. Akkurat som probiotika er designet for å forbedre fordøyelsen, det kan tenkes å vaksinere en persons tarm med bakterier for å forbedre signalstoffet av nitrogenoksid. "Jeg tenker nå på dette terapeutisk, som et stoff. Det er enorme muligheter til å manipulere nitrogenoksid for å forbedre menneskers helse. "

Selv om nitrogenoksid og S-nitrosylering kan være en generell form for kommunikasjon mellom arter med brede helseimplikasjoner, det vil kreve ytterligere fremtidig forskning. Vil nitrogenoksid være den eneste kjemiske kommunikasjonskanalen? "Vi ser i utgangspunktet et nytt felt som åpner for generelle kommunikasjonsstrategier, "sier Stamler." Det kommer andre. "

• ICHEs anmeldelser om kirurgiske infeksjoner,
• AGA kunngjør 10 tidlige karriere lege-forskere for det nye FORWARD-programmet