Forskare utvecklar molekyler som kan renovera tarmbakterier till ett friskare tillstånd

Forskare vid Scripps Research har utvecklat molekyler som kan omforma tarmens bakteriepopulation till ett hälsosammare tillstånd och de har visat-genom experiment på möss-att detta minskar kolesterolnivåerna och starkt hämmar det förtjockade artärtillståndet som kallas ateroskleros.

Forskarna, som rapporterar sina fynd i Naturbioteknik , skapat en uppsättning molekyler som kallas peptider som kan bromsa tillväxten av mindre önskvärda arter av tarmbakterier.

Hos möss som utvecklar högt kolesterol och åderförkalkning från en fettrik kost, peptiderna förändrade fördelaktigt balansen mellan arter i tarmmikrobiomet, som hänvisar till biljoner bakterier som lever inuti matsmältningssystemet.

Detta skift minskade kolesterolnivåerna och bromsade dramatiskt uppbyggnaden av fettavlagringar i artärer-symptom som är kännetecknen för åderförkalkning.

Åderförkalkning är tillståndet som leder till hjärtinfarkt och stroke, de två främsta dödsorsakerna bland människor.

"Det var förvånande för oss att helt enkelt ombyggnad av tarmmikrobiomet kan ha en så omfattande effekt, "säger studiens medförfattare Reza Ghadiri, Ph.D., professor vid Institutionen för kemi vid Scripps Research.

Tarmmikrober formar vår hälsa

Tarmmikrobiomet, som inkluderar hundratals bakteriearter, utvecklats för länge sedan som en del av en grundläggande symbios:Bakterierna får en plats att bo och mycket att äta, och i gengäld, de hjälper sina djurvärdar, till stor del genom att hjälpa dem att smälta mat.

Under de senaste två decennierna har dessa symbiotiska bakterier har blivit fokus för intensiva studier runt om i världen, som forskare har upptäckt att mikroberna-delvis genom sin produktion av molekyler som kallas metaboliter-inte bara hjälper till att smälta mat utan spelar en roll i ämnesomsättningen, immunitet och andra viktiga funktioner.

Forskare har också lärt sig att denna symbios kan ha en baksida för bakteriens mänskliga värdar. När människor överanvänder antibiotika eller konsumerar "västerländska" dieter rika på kolhydrater, fetter, och socker, tarmmikrobiomet kan ändras på sätt som främjar sjukdom.

Verkligen, det verkar nu som de ökade riskerna för fetma, diabetes, hypertoni, och åderförkalkning som ges av den västerländska kosten beror delvis på negativa förändringar i mikrobiomet.

Detta erkännande har fått forskare att leta efter sätt att göra om mikrobiomet, med målet att rulla tillbaka dessa negativa förändringar för att återställa god hälsa.

Ghadiri och hans team har arbetat med en metod som innebär att leverera små molekyler för att döda eller bromsa tillväxten av dåliga tarmbakterier utan att påverka bra tarmbakterier.

Vårt tillvägagångssätt, använder små molekyler som kallas cykliska peptider, är inspirerad av naturen, Våra celler använder naturligtvis en mångfaldig samling molekyler inklusive antimikrobiella peptider för att reglera våra tarmmikropopulationer. "

Luke Leman, Ph.D, Medförfattare och biträdande professor, Institutionen för kemi, Scripps Research

Ett screeningssystem för att identifiera mikrobiomåterställare

Innan experimenten, laget hade redan en liten samling cykliska peptider som hade gjorts med kemiteknik.

För studien, de inrättade ett screeningssystem för att avgöra om någon av dessa peptider med fördel skulle kunna renovera tarmmikrobiomet från däggdjur genom att undertrycka oönskade tarmbakterier.

Använda möss som är genetiskt mottagliga för högt kolesterol, de matade djuren med en västerländsk kost som snabbt och pålitligt ger högt kolesterol i blodet och åderförkalkning, samt negativa förändringar i tarmmikrobiomet.

Forskarna tog sedan prov på djurs tarminnehåll och applicerade en annan cyklisk peptid på varje prov.

En dag senare, de sekvenserade bakterie -DNA i proverna för att bestämma vilka peptider som hade förskjutet tarmbakteriomet i önskad riktning.

Forskarna identifierade snart två peptider som avsevärt hade bromsat tillväxten av oönskade tarmbakterier, flytta artbalansen närmare det som ses hos möss som får en hälsosammare kost.

Använda dessa peptider för att behandla aterosklerosbenägna möss som åt en fettrik västerländsk kost, de fann slående minskningar av djurens blodnivåer av kolesterol jämfört med obehandlade möss-cirka 36 procent efter två veckors behandling.

De fann också att efter 10 veckor, de aterosklerotiska placken i artärerna hos de behandlade mössen var cirka 40 procent mindre i area, jämfört med de hos obehandlade möss.

"Det här var verkligen anmärkningsvärda effekter, "Säger Ghadiri.

De cykliska peptider som används i studien interagerar tydligen med de yttre membranen hos vissa bakterieceller på sätt som bromsar eller stoppar cellens tillväxt.

Ghadiri och hans team har forskat om dessa peptider i åratal och har sammanställt en uppsättning dussintals som inte visar någon toxicitet för däggdjurs celler.

Molekylerna passerar också genom tarmen utan att komma in i blodomloppet. I studien, peptiderna levererades till mössen i dricksvatten och var inte associerade med några negativa biverkningar.

Jublade av bevisprincipdemonstrationen, forskarna testar nu sina peptider hos möss som modellerar diabetes, ett annat vanligt tillstånd som har kopplats till ett ohälsosamt mikrobiom.

"Riktad ombyggnad av tarmmikrobiomet i musen hämmar utvecklingen av åderförkalkning" skrevs av Poshen Chen, Audrey Black, Adam Sobel, Yannan Zhao, Purba Mukherjee, Bhuvan Molparia, Nina Moore, Tyska Muench, Jiejun Wu, Weixuan Chen, Antonio Pinto, Bruce Maryanoff, Alan Saghatelian, Pejman Soroosh, Ali Torkamani, Luke Leman och Reza Ghadiri.

• Nya antisensläkemedel visar löfte att förbättra hälsan hos personer med NAFLD
• Vegetarianer har lägre BMI och är mindre utåtriktade än köttätande människor