Tarmväggens epitel spelar en avgörande roll för att skydda resten av kroppen från de miljarder mikrober som människor utsätts för genom mat. Dock, i mikrogravitation, denna barriär störs. Detta förhindrar inte bara normal tarmfunktion utan äventyrar tarmbarriärens förmåga att motstå infektion även efter att astronauterna återvänder till jorden.
Declan McCole är professor i biomedicinsk vetenskap vid UC Riverside. (UCR School of Medicine/Carrie Rosema) Mikrogravitation gör att kroppens funktion förändras dramatiskt. Förändringarna inkluderar genetiska, strukturella och biokemiska förändringar. Dessa kan orsaka att individen upplever gastroenterit, och andra symptom på tarmsjukdom. Kroppens immunförsvar lider också, medan bakterier som salmonella blir mer patogena vid mikrogravitationsförhållanden, orsakar tarmsjukdom.
Anledningen till detta avslöjas delvis i den aktuella studien, som visar att närvaro i en mikrogravitationsmiljö orsakar försvagning av tarmepitelcellerna, minska deras förmåga att motstå barriärbrytande egenskaper hos vissa medel. Och denna svaghet fanns ihållande upp till 14 dagar efter att individen återvände till en normal miljö.
Forskarna introducerade acetaldehyd, en metabolit som produceras i kroppen av alkohol. De valde detta medel eftersom alkohol är känt för att bryta ner tarmbarriären och förbättra tarmväggens permeabilitet hos friska såväl som alkoholister med leverskador.
Läckande tarm. - Illustrationskredit:Designua / Shutterstock Denna barriärfunktion är avgörande för tarmhälsan, och dess nedbrytning orsakar läckage i tarmen. Hans tillåter infektioner och bakteriella antigener, eller metaboliter, att komma in i kroppen, orsakar, som bekant, kronisk inflammation. Detta inkluderar inflammatorisk tarmsjukdom, celiaki, typ 1 -diabetes och leversjukdom.
Modellen som teamet använde var ett roterande väggfartyg, som håller cellerna i en inställning där de utsätts för konstant rotation på ett kontrollerat sätt. Detta kärl är en bioreaktor, där biologiska reaktioner kan uppstå i levande celler. Villkoren simulerar noggrant effekten av simulerad mikrogravitation på odlade celler tagna från tarmepitelet.
Cellerna kunde växa i ett enda lager över de medföljande mikrobärarpärlorna. Dessa celler kan bilda snäva korsningar medan cellpolariteten, eller riktning från topp till bas, var också opåverkad.
Efter att cellerna hade odlats i 18 dagar i det roterande väggkärlet, tarmepitelcellerna visade sig visa en signifikant fördröjning i bildandet av snäva korsningar, cell-till-cell-korsningarna där enskilda epitelceller sammanfogas för att bilda en vattentät barriär som ingen levande organism eller biologisk molekyl kan passera. Även när de bildades, mönstret var onormalt, troligen på grund av effekten på passagen av tight junction -proteiner till cellmembranet vid cellens topp, där de snäva korsningarna bildas. Detta förändrade mönster kvarstod i upp till 14 dagar efter avlägsnande av odlade celler från kärlet.
När de utsatte cellerna för acetaldehydångor, de såg att barriärfel kunde observeras, med en ökning av permeabiliteten hos tarmepitelcellbarriären. Således, dessa celler var mer sårbara för det barriärstörande medlet än kontrollcellerna som inte utsattes för mikrogravitation.
Proteinerna som är involverade i bildandet av de snäva korsningarna var oförändrade i uttryck, visar att deras brist inte var ansvarig för förseningen. Detta sågs i celler som exponerades för acetaldehyd såväl som i de som inte var det. Dock, i acetaldehyd-exponerade celler, de täta korsningsproteinerna visade störd membranlokalisering under mikrogravitationsförhållanden. Även om en sådan störning inträffade med acetaldehyd i både roterande väggkärl och kontrollceller, den var större i det första fallet. Således, mikrogravitation gör tarmepitel mer mottagligt för funktionella barriärdefekter när det utsätts för ett barriärstörande medel och orsakar omorganisation av de snäva korsningarna.
Mekanismen kan förmodligen förklaras av tidigare studier som visar hur acetaldehyd försämrar stabiliteten hos den aktintäta korsningsproteininteraktionen, vilket orsakar att täta korsningsproteinerna ockludin och ZO-1 misslokaliseras.
En mikrogravitationsmiljö kan orsaka att friska celler utvecklar ett barriärdefekt. För det andra, när sådana celler utsätts för ett medel som kan störa denna barriär, defekten intensifieras kraftigt, och detta kan rubba hela systemet med tarmhomeostas. Faktiskt, detta kan överdriva risken för bakteriell infektion, kronisk inflammation på grund av exponering för bakteriella produkter, och av snabb allvarlig infektion.
Forskaren Declan McCole säger, ”Vår studie är den första som undersöker om funktionella förändringar av epitelcellbarriäregenskaper upprätthålls över tid efter att de har tagits bort från en simulerad mikrogravitationsmiljö. Vårt arbete kan informera långsiktiga rymdresor och kolonisering där exponering för en livsmedelsburet patogen kan leda till en allvarligare patologi än på jorden. ”
Rapporterar etiketter på kommersiella kefirprodukter mikrobiella nivåer korrekt?
Spindelgiftpeptid kan hjälpa till att stoppa smärta vid irritabelt tarmsyndrom
Medelhavsdiet främjar ett hälsosamt åldrande med ett hälsosammare tarmmikrobiom
Starkt mikrobiom i tidigt liv kopplat till färre luftvägsinfektioner
Ny modell för vaginal mikrobiomtransplantation
E. coli superbug sprider sig genom dålig toaletthygien,
Ny studie kan hjälpa till att förhindra dödliga infektioner hos spädbarn
För tidiga spädbarn födda före 28-30 veckors liv löper stor risk för många komplikationer, bland vilka chansen att dö av en infektion som börjar i tarmen är mycket stor. En ny studie publicerad i tids
Upptäckten av 100 nya gener kan hjälpa forskning om pigmenteringssjukdomar
En ny studie som leds av forskare från Kings College London och Erasmus MC University Medical Center Rotterdam har avslöjat 124 gener som spelar en nyckelroll för att bestämma färgen på människohår.
Studie med tvillingar visar att covid-19-symtom har ett genetiskt bidrag
En ny studie publicerad på förtrycksservern medRxiv från Kings College, London, föreslår att en individs genetiska sammansättning kan bidra till hur mycket en person sannolikt kommer att påverkas av