Raziskave kažejo, kako kolaninska kislina podaljša življenjsko dobo pri C. elegans

Raziskovalka medicinske fakultete Baylor Meng Wang je že pokazala, da lahko bakterije, ki tvorijo presnovek, imenovan kolanska kislina (CA), podaljšajo življenjsko dobo črvov v njenem laboratoriju za kar 50%, vendar njeno sodelovanje s sintetičnim biologom univerze Rice Jeffreyjem Taborom ponuja orodja za odgovor na večje vprašanje, kako presnovek daje daljše življenje.

V študiji, objavljeni leta eLife , Wang, Tabor in sodelavci so pokazali, da lahko uporabljajo različne barve svetlobe za vklop in izklop genov črevesnih bakterij, medtem ko so bile bakterije v črevesju črvov. Delo je omogočil optogenetski nadzorni sistem, ki ga Tabor razvija že več kot desetletje.

Mengova skupina je odkrila, da lahko spojina CA podaljša življenjsko dobo, vendar niso mogli zagotovo reči, ali je to prehranska sestavina, ki se prebavlja v želodcu, ali presnovek, ki ga proizvajajo bakterije v črevesju. Uspelo nam je omejiti proizvodnjo CA v črevesju in pokazati, da ima ugoden učinek na celice v črevesju. "

Tabor, Izredni profesor za bioinženiring in bioznanost, Univerza Rice

Za poskuse, Taborov laboratorij je izdelal seve E. coli za tvorbo CA pri izpostavljenosti zeleni, vendar ne rdeče, svetloba. Da bi zagotovili pravilno delovanje bakterij, ekipa je dodala gene za izdelavo različnih barv fluorescenčnih beljakovin, ki bi se pod mikroskopom svetlo pokazale. Vedno je bila prisotna ena barva, za lažje opazovanje, kje so bakterije v črvih, druga barva pa je nastala šele, ko so bakterije proizvajale CA.

V sodelovanju z laboratorijem Wang, Taborov laboratorij je bakterije hranil pod rdečo lučjo in jih hranil s črvi, vrsta, imenovana Caenorhabditis elegans (C. elegans), ki se pogosto uporablja v vedah o življenju. Raziskovalci so spremljali napredek bakterij skozi prebavni trakt in prižgali zeleno luč, ko so prišli v črevesje.

"Ko je izpostavljen zeleni svetlobi, tudi črvi, ki prenašajo ta sev E. coli, so živeli dlje. Močnejša je svetloba, daljša življenjska doba, "je rekel Wang, predavatelj Robert C. Fyfe o staranju, profesor molekularne in človeške genetike v Huffingtonovem centru za staranje pri Baylorju in raziskovalec medicinskega inštituta Howard Hughes.

V celicah C. elegans in drugih življenj višjega reda, od ljudi do kvasa, večino energije dobavljajo specializirani organeli, imenovani mitohondriji. Na tisoče mitohondrijev deluje neprekinjeno v vsaki celici in vzdržuje dinamično ravnovesje med cepitvijo in fuzijo, vendar sčasoma postanejo manj učinkoviti. Ko se ljudje in drugi organizmi starajo, disfunkcija mitohondrijev vodi do funkcionalnega upada njihovih celic.

V prejšnjih poskusih s C. elegans je Wang in sodelavci so pokazali, da lahko CA uravnava ravnovesje med cepitvijo in fuzijo mitohondrijev v črevesnih in mišičnih celicah za spodbujanje dolgoživosti. Črvi običajno živijo približno tri tedne, vendar je Wangov laboratorij pokazal, da lahko CA podaljša njihovo življenje na 4,5 tedna - 50% dlje kot običajno.

Tabor je dejal, da to odpira vrsto vprašanj. Na primer, če se CA proizvaja v črevesju, ali imajo črevesne celice najprej koristi? Ali je koristen učinek CA povezan z njegovo stopnjo? In kar je najpomembneje, ali se mitohondrijske koristi širijo po telesu iz črevesja?

V eLife študij, raziskovalci so ugotovili, da proizvodnja CA v črevesju v kratkem času neposredno izboljša delovanje mitohondrijev v črevesnih celicah. Niso našli dokazov za tako neposredno, kratkoročne koristi mitohondrijev v mišičnih celicah črvov. Tako učinek CA, ki spodbuja dolgoživost, začne iz črevesja in se sčasoma razširi v druga tkiva.

"Z našo tehnologijo, lahko s svetlobo vklopimo proizvodnjo CA in opazujemo učinek, ki potuje skozi črva, «Je rekel Tabor.

Dejal je, da bi natančnost optogenetske tehnologije lahko raziskovalcem omogočila, da postavijo temeljna vprašanja o črevesni presnovi.

"Če lahko natančno nadzirate čas in lokacijo proizvodnje presnovkov, lahko razmišljate o poskusnih načrtih, ki kažejo vzrok in posledico, " rekel je.

Pokazati, da črevesne bakterije neposredno vplivajo na zdravje ali bolezen, bi bil velik dosežek.

"Vemo, da črevesne bakterije vplivajo na številne procese v našem telesu, "Je dejal Tabor." Povezani so z debelostjo, sladkorna bolezen, anksioznost, raka, avtoimunske bolezni, bolezni srca in ledvic. Prišlo je do eksplozije študij, ki merijo, katere bakterije imate, ko imate to ali tisto bolezen, in kaže vse vrste korelacij. "

Obstaja pa velika razlika med prikazovanjem korelacije in vzročnosti, Je rekel Tabor.

"Cilj, stvar, ki si jo resnično želiš, so črevesne bakterije, ki jih lahko jeste, da izboljšajo zdravje ali zdravijo bolezni, " rekel je.

Raziskovalcem je težko dokazati, da molekule, ki jih proizvajajo črevesne bakterije, povzročajo bolezni ali zdravje. To je deloma zato, ker je črevesje težko eksperimentalno dostopno, še posebej težko je oblikovati poskuse, ki prikazujejo dogajanje na določenih lokacijah v črevesju.

"Črevesje je težko dostopno, zlasti pri velikih sesalcih, "Tabor je dejal." Naša čreva so dolga 28 čevljev, in so zelo heterogene. Vrednost pH se ves čas spreminja in bakterije se ob tem precej dramatično spreminjajo. Tudi tkiva in kaj počnejo, kot molekule, ki jih izločajo.

"Če želite odgovoriti na vprašanja, kako črevesne bakterije vplivajo na naše zdravje, morate vklopiti gene na določenih mestih in ob določenem času, na primer, ko je žival mlada ali ko se zjutraj zbudi, "je rekel." To raven nadzora potrebujete za preučevanje poti na njihovi travi, kje se dogajajo in kako se dogajajo. "

Ker za sprožitev genov uporablja svetlobo, optogenetika ponuja to raven nadzora, Je rekel Tabor.

"Do te točke, svetloba je res edini signal, ki ima dovolj natančnosti, da vklopi bakterijske gene v tankem in debelem črevesu, na primer ali podnevi, ne pa ponoči, " rekel je.

Tabor je dejal, da sta z Wangom razpravljala o številnih načinih, kako bi lahko uporabili optogenetiko za preučevanje staranja.

"Odkrila je dva ducata bakterijskih genov, ki lahko podaljšajo življenjsko dobo pri C. elegans, in ne vemo, kako jih večina deluje, "Je dejal Tabor." Geni kolanske kisline so res zanimivi, obstaja pa še veliko drugih, ki bi jih radi prižgali z lučjo v črvu, da bi ugotovili, kako delujejo. Natančno tehniko, ki smo jo objavili v tem prispevku, lahko uporabimo tudi za raziskovanje teh novih genov. Uporabljajo ga lahko tudi drugi ljudje, ki preučujejo mikrobiom. To je močno orodje za raziskovanje, kako bakterije koristijo našemu zdravju. "

• Faza 2/3 študije COVID-19 ocenjuje varnost,
• Nanoplastika vpliva na sestavo in raznolikost črevesnega črevesnega mikrobioma