Дырявый кишечник и космический полет - раскрыт механизм

Новое исследование эффектов симулированной микрогравитации, состояние, с которым сталкиваются космонавты в космосе, нарушает эпителиальный барьер кишечника, и эффект сохраняется даже после того, как космонавт вернется в нормальную среду. Исследование опубликовано в журнале. Научные отчеты .

Эпителий кишечной стенки играет решающую роль в защите остальной части тела от миллиардов микробов, которым люди подвергаются через пищу. Тем не мение, в микрогравитации, этот барьер разрушен. Это не только препятствует нормальной работе кишечника, но и снижает способность кишечного барьера противостоять инфекции даже после возвращения космонавтов на Землю.

Деклан Маккол - профессор биомедицинских наук в Калифорнийском университете в Риверсайде. (Медицинская школа UCR / Кэрри Розема)

Микрогравитация или почти невесомость

Микрогравитация приводит к резкому изменению функционирования организма. Изменения включают генетические, структурные и биохимические изменения. Они могут вызвать гастроэнтерит, и другие симптомы кишечных заболеваний. Иммунная система организма тоже страдает, в то время как бактерии, такие как сальмонелла, становятся более патогенными в условиях микрогравитации, вызывая кишечное заболевание.

Причина этого частично раскрыта в текущем исследовании, который показывает, что пребывание в условиях микрогравитации вызывает ослабление эпителиальных клеток кишечника, снижение их способности противостоять разрушающим барьер свойствам некоторых агентов. И эта слабость постоянно присутствовала до 14 дней после того, как человек вернулся в нормальную среду.

Изучение

Исследователи ввели ацетальдегид, метаболит, вырабатываемый в организме из алкоголя. Они выбрали это средство, потому что известно, что алкоголь разрушает кишечный барьер и увеличивает проницаемость стенки кишечника как у здоровых, так и у алкоголиков с повреждением печени.

Дырявый кишечник. - Изображение предоставлено:Designua / Shutterstock

Эта барьерная функция имеет решающее значение для здоровья кишечника. и его распад вызывает негерметичность кишечника. Его пропускают инфекции и бактериальные антигены, или метаболиты, войти в тело, вызывая, как известно, хроническое воспаление. Сюда входят воспалительные заболевания кишечника, глютеновая болезнь, сахарный диабет 1 типа и заболевания печени.

Модель, которую использовала команда, представляла собой сосуд с вращающейся стенкой, который удерживает клетки в условиях, когда они подвергаются постоянному контролируемому вращению. Этот сосуд - биореактор, где в живых клетках могут происходить биологические реакции. Условия тщательно моделируют эффект имитации микрогравитации на культивируемые клетки, взятые из кишечного эпителия.

Находки

Клетки могли расти в один слой над предоставленными шариками микроносителя. Эти клетки могут образовывать плотные контакты, в то время как полярность клеток или направленность от вершины к основанию, тоже не пострадали.

После того, как клетки культивировались в течение 18 дней во вращающемся сосуде с стенками, кишечные эпителиальные клетки показали значительную задержку в формировании плотных контактов, межклеточные соединения, где отдельные эпителиальные клетки соединяются вместе, образуя водонепроницаемый барьер, который не может преодолеть ни один живой организм или биологическая молекула. Даже когда они были сформированы, узор был ненормальным, вероятно, из-за влияния на прохождение белков плотных контактов к клеточной мембране на верхушке клетки, где образуются плотные стыки. Этот измененный образец сохранялся до 14 дней после удаления культивированных клеток из сосуда.

Когда они подвергали клетки воздействию паров ацетальдегида, они увидели, что дефекты барьера наблюдались, с повышением проницаемости клеточного барьера эпителия кишечника. Таким образом, эти клетки были более уязвимы для агента, разрушающего барьер, чем контрольные клетки, не подвергавшиеся воздействию микрогравитации.

Белки, участвующие в формировании плотных контактов, не изменились в экспрессии, показывая, что их недостаток не является причиной задержки. Это было замечено как в клетках, подвергшихся действию ацетальдегида, так и в тех, которые не подвергались воздействию ацетальдегида. Тем не мение, в клетках, подвергшихся воздействию ацетальдегида, белки плотных контактов показали нарушенную мембранную локализацию в условиях микрогравитации. Хотя такое нарушение произошло с ацетальдегидом как в сосуде с вращающейся стенкой, так и в контрольных ячейках, в первом случае он был больше. Таким образом, микрогравитация делает эпителий кишечника более восприимчивым к дефектам функционального барьера при воздействии агента, разрушающего барьер, и вызывает реорганизацию плотных контактов.

Механизм, вероятно, можно объяснить более ранними исследованиями, которые показывают, как ацетальдегид ухудшает стабильность взаимодействия белков плотного соединения с актином, вызывая неправильную локализацию белков плотного соединения окклюдина и ZO-1.

Заключение

Окружающая среда в условиях микрогравитации может вызвать у здоровых клеток дефект барьера. Во-вторых, когда такие клетки подвергаются воздействию агента, способного разрушить этот барьер, дефект сильно усиливается, и это может нарушить всю систему гомеостаза кишечника. По факту, это может увеличить риск бактериальной инфекции, хроническое воспаление из-за воздействия бактериальных продуктов, и быстрого серьезного заражения.

Исследователь Деклан Маккол говорит:«Наше исследование - первое, в котором изучается, сохраняются ли функциональные изменения барьерных свойств эпителиальных клеток с течением времени после удаления из моделируемой среды микрогравитации. Наша работа может дать информацию о долгосрочных космических путешествиях и колонизации, где воздействие пищевых патогенов может привести к более серьезной патологии, чем на Земле ».

• Обнаружена связь между микробиомом кишечника,
• Исследования показывают, как кишечные микробы влияют на желудочный грипп