Raziskovalci odkrivajo, kako bakterijski encim odstrani ogljikove hidrate iz mesa, ki povzročajo vnetja

Večina sesalcev naravno proizvaja ogljikove hidrate, znane kot Neu5Gc -; ljudje ne. Vendar pa ko jemo rdeče meso, živalski Neu5Gc je vključen v naša tkiva. Ko se ogljikovi hidrati kopičijo, naš imunski sistem obravnava Neu5Gc kot tujega vsiljivca, ustvarjanje protiteles proti njej. Zato so prehrane, bogate z rdečim mesom, povezane s kroničnim vnetjem in z njimi povezanimi boleznimi, kot sta rak debelega črevesa in ateroskleroza.

Raziskovalci na Medicinski fakulteti Univerze v Kaliforniji v San Diegu so pred kratkim odkrili, kako črevesne bakterije uporabljajo encime, da našim celicam odstranijo vsebnost Neu5Gc, da se lahko hranijo s sladkorji, in pri tem, sprošča ogljikove hidrate v krvni obtok.

Študij, objavljeno 23. septembra, 2019 v Mikrobiologija narave , uvaja možnost uporabe teh bakterijskih encimov, imenovane sialidases, odstraniti Neu5Gc iz naših tkiv in potencialno odstraniti ogljikove hidrate iz rdečega mesa, preden ga zaužijemo.

Upamo, da bi lahko ta pristop uporabili kot nekakšen probiotik ali prebiotik za zmanjšanje vnetja in tveganje za vnetne bolezni -; ne da bi se odrekel zrezku. "

Karsten Zengler, Doktor znanosti, profesor pediatrije in bioinženiringa, UC San Diego in višji avtor

Znanstveniki že desetletja vedo, da sta rak debelega črevesa in ateroskleroza pogostejša pri ljudeh, ki jedo veliko rdečega mesa, vendar ne pri mesojedih živalih. Neu5Gc je bil v prejšnjih študijah soavtorja študije Ajita Varki vpleten kot povezava med uživanjem rdečega mesa in temi človeškimi boleznimi, MD, Cenjeni profesor medicine in celične in molekularne medicine na Medicinski fakulteti UC San Diego, in kolegi. Pokazali so, da prehranski Neu5Gc spodbuja vnetje, tumorji in ateroskleroza pri miših s pomanjkanjem Neu5Gc (humaniziranih).

V svoji najnovejši študiji so Zenglerjeva ekipa je uporabila podobne humanizirane miši (mišje modele, ki so bili gensko spremenjeni, da na nek način odražajo človeško biologijo), da bi ugotovili, kako prehrana vpliva na sestavo mikrobiomov -; skupnosti mikrobov, zlasti bakterije -; živijo v črevesju. Miške so hranili bodisi z rdečo mesno prehrano, bogato z Neu5Gc, bodisi z eno od dveh kontrolnih diet, ki niso imele ogljikovih hidratov.

Na splošno, prehrana, podobna rdečemu mesu, je bila povezana z manj bakterijsko raznolikostjo v mikrobiomih črevesja miši. Kljub temu je bilo v črevesju miši, hranjenih z Neu5Gc, več vrst bakterij, kot pri miših, ki niso uživale mesnih ogljikovih hidratov. Eden od teh je bil Bakteroidi , vrsta bakterij, za katere je znano, da preživijo na ogljikovih hidratih.

Natančneje, a Bakteroidi encima je bilo še posebej veliko pri miših, hranjenih z Neu5Gc -; nova vrsta sialidase, ki odcepi Neu5Gc iz celic.

Če želite ugotoviti, kako se lahko rezultati miške prevedejo na ljudi, Zengler je sprva upal, da bo izvedel študijo, v kateri bi ljudje dva meseca jedli vegetarijansko prehrano, nato dva meseca preklopite na uživanje mesa, medtem ko je ekipa spremljala, kako so se spremenili njihovi črevesni mikrobiomi in sialidaze. Namesto da bi uvedli takšno študijo, kar bi bilo drago, Zengler je našel naravni poskus v življenjskem slogu Hadze, avtohtona skupina lovcev in nabiralcev, ki živi v odročni regiji Tanzanije, v vzhodni Afriki. V sušnem obdobju, Hadza lovijo in jedo meso. V mokri sezoni, ne morejo loviti in se namesto tega zanašati na prehrano predvsem iz jagodičja in medu.

Druge raziskovalne skupine so že preučevale Hadzo in njene mikrobiome. S pregledom javno dostopnih genomskih podatkov iz črevesnih bakterij Hadza skozi čas, Zenglerjeva ekipa je to opazila Bakteroidi ki vsebujejo gen sialidaze, je bilo v sušnem obdobju (prehranjevanja z mesom) vsaj dvakrat več, v primerjavi z mokro sezono.

Toda samo zato, ker so prisotni geni sialidaze, ne pomeni nujno, da so tudi aktivni. Tako so raziskovalci sintetizirali gen bakterije sialidaze Hadza in v laboratoriju proizvedli encim. Nastala sialidaza je bila aktivna in je imela prednost pred nečloveškimi Neu5Gc pred podobnimi človeškimi ogljikovimi hidrati.

Zengler je nato naredil korak naprej:do trgovine z živili. Njegova ekipa je v lokalni trgovini kupila zrezek in svinjsko klobaso ter jo prinesla nazaj v laboratorij. Na meso so podrgnili laboratorijsko izdelano sialidazo in, zagotovo, večina Neu5Gc je prišla takoj.

"Pristop še ni popoln -encim sialidaza raje cepi Neu5Gc, vendar vseeno odcepi malo podobnega človeškega ogljikovega hidrata, "je dejal Zengler, ki je tudi član fakultete v Centru za mikrobiomske inovacije na UC San Diego.

Skupaj s svojo ekipo si prizadevata optimizirati encim za povečanje njegove specifičnosti. Ekipa želi raziskati tudi metode za množično proizvodnjo encima in nadalje raziskati njegov potencial za preprečevanje vnetja in vnetnih bolezni.

• Študija ocenjuje nove tehnike za izboljšanje komunikacije med zdravnikom in bolnikom ob koncu življenja
• Mount Sinai napoveduje ustanovitev Inštituta za biomedicinsko inženirstvo in slikanje