Netesné črevo a vesmírny let - mechanizmus odhalený

Nová štúdia o účinkoch simulovanej mikrogravitácie, podmienka, s ktorou sa astronauti stretávajú vo vesmíre, zasahuje do epiteliálnej bariéry čreva, a efekt pretrváva aj potom, čo sa astronaut vráti do normálneho prostredia. Výskum je publikovaný v časopise Vedecké správy .

Epitel črevnej steny hrá rozhodujúcu úlohu pri ochrane zvyšku tela pred miliardami mikróbov, ktorým sú ľudia vystavení prostredníctvom potravy. Avšak, v mikrogravitácii, táto bariéra je narušená. To nielenže bráni normálnej črevnej funkcii, ale ohrozuje schopnosť črevnej bariéry odolávať infekcii aj po návrate astronautov na Zem.

Declan McCole je profesorom biomedicínskych vied na UC Riverside. (Lekárska fakulta UCR/Carrie Rosema)

Mikrogravitácia alebo takmer beztiažová situácia

Mikrogravitácia spôsobuje, že sa fungovanie tela dramaticky zmení. Zmeny zahŕňajú genetické, štrukturálne a biochemické zmeny. Tieto môžu u jednotlivca spôsobiť gastroenteritídu, a ďalšie príznaky črevných chorôb. Imunitný systém tela tiež trpí, zatiaľ čo baktérie ako salmonela sa stávajú patogénnejšími v podmienkach mikrogravitácie, spôsobuje črevné ochorenie.

Dôvod tohto javu je čiastočne odhalený v súčasnej štúdii, čo ukazuje, že pobyt v mikrogravitačnom prostredí spôsobuje oslabenie epiteliálnych buniek čreva, zníženie ich schopnosti odolávať bariérovým vlastnostiam niektorých činidiel. A táto slabosť bola vytrvalo prítomná až 14 dní po tom, čo sa jedinec vrátil do normálneho prostredia.

Štúdium

Vedci predstavili acetaldehyd, metabolit produkovaný v tele z alkoholu. Vybrali si toto činidlo, pretože je známe, že alkohol rozkladá črevnú bariéru a zvyšuje priepustnosť črevnej steny u zdravých a alkoholických pacientov s poškodením pečene.

Netesné črevo. - Ilustračný kredit:Designua / Shutterstock

Táto bariérová funkcia je kľúčová pre zdravie čriev, a jeho rozpad spôsobuje netesnosť čreva. Umožňuje infekciám a bakteriálnym antigénom, alebo metabolity, vstúpiť do tela, spôsobujúce, ako je známe, chronický zápal. Patrí sem zápalové ochorenie čriev, celiakia, cukrovka 1. typu a ochorenie pečene.

Model, ktorý tím použil, bola rotujúca stenová loď, ktorý udržuje bunky v prostredí, kde sú kontrolovane vystavené konštantnej rotácii. Táto nádoba je bioreaktor, kde v živých bunkách môžu nastať biologické reakcie. Podmienky starostlivo simulujú účinok simulovanej mikrogravitácie na kultivované bunky odobraté z črevného epitelu.

Nález

Bunky boli schopné rásť v jednej vrstve na poskytnutých guľôčkach mikronosiča. Tieto bunky by mohli vytvárať tesné spojenia, zatiaľ čo polarita buniek, alebo smerovosť od vrcholu k základni, tiež nebol ovplyvnený.

Potom, čo boli bunky kultivované 18 dní v rotujúcej stene, zistilo sa, že črevné epiteliálne bunky vykazujú významné oneskorenie pri vytváraní tesných spojov, spojenia bunka-bunka, kde sú jednotlivé epitelové bunky spojené dohromady a vytvárajú vodotesnú bariéru, cez ktorú žiadny živý organizmus alebo biologická molekula nemôže prejsť. Aj keď boli vytvorené, vzor bol nenormálny, pravdepodobne kvôli účinku na prechod proteínov s tesným spojením na bunkovú membránu na vrchole bunky, kde sa vytvárajú tesné spojenia. Tento zmenený vzor pretrvával až 14 dní po vybratí kultivovaných buniek z nádoby.

Keď bunky vystavili parám acetaldehydu, videli, že závady bariéry sú pozorovateľné, so zvýšením priepustnosti bariéry črevných epiteliálnych buniek. Preto tieto bunky boli citlivejšie na činidlo narušujúce bariéru ako kontrolné bunky, ktoré neboli vystavené mikrogravitácii.

Proteíny zapojené do vytvárania tesných spojov nemali výraz, preukázať, že ich nedostatok nebol zodpovedný za oneskorenie. Toto bolo viditeľné v bunkách vystavených acetaldehydu, ako aj v bunkách, ktoré neboli. Avšak, v bunkách vystavených acetaldehydu, proteíny v tesnom spojení vykazovali narušenú lokalizáciu membrány v podmienkach mikrogravitácie. Aj keď k takémuto narušeniu došlo pri acetaldehyde v rotujúcich stenových nádobách aj v kontrolných bunkách, v prvom prípade to bolo väčšie. Preto mikrogravitácia robí črevný epitel náchylnejším na funkčné defekty bariéry, keď je vystavený činidlu narušujúcemu bariéru, a spôsobuje reorganizáciu tesných spojov.

Mechanizmus možno pravdepodobne vysvetliť predchádzajúcimi štúdiami, ktoré ukazujú, ako acetaldehyd zhoršuje stabilitu interakcie proteínu s aktínovo tesným spojením, čo spôsobuje, že proteíny tesného spoja occludin a ZO-1 sú nesprávne lokalizované.

Záver

Mikrogravitačné prostredie môže spôsobiť, že zdravé bunky vyvinú bariérový defekt. Za druhé, keď sú tieto bunky vystavené činidlu, ktoré je schopné narušiť túto bariéru, vada sa veľmi zintenzívňuje, a to môže narušiť celý systém črevnej homeostázy. V skutočnosti, mohlo by to zveličiť riziko bakteriálnej infekcie, chronický zápal v dôsledku pôsobenia bakteriálnych produktov, a rýchlej závažnej infekcie.

Výskumník Declan McCole hovorí:"Naša štúdia je prvou, ktorá skúmala, či sú funkčné zmeny vlastností bariéry epiteliálnych buniek v priebehu času zachované aj po odstránení zo simulovaného prostredia mikrogravitácie." Naša práca môže informovať o dlhodobom cestovaní do vesmíru a kolonizácii, kde expozícia patogénom pochádzajúcim z potravín môže mať za následok závažnejšiu patológiu ako na Zemi. “

• Nájdené prepojenie medzi črevným mikrobiómom,
• Výskum ukazuje, ako črevné mikróby ovplyvňujú žalúdočnú chrípku