Forskare upptäcker hur bakterieenzym tar bort inflammationsframkallande köttkolhydrater

De flesta däggdjur producerar naturligt en kolhydrat som kallas Neu5Gc -; människor gör det inte. Dock, när vi äter rött kött, djur Neu5Gc införlivas i våra vävnader. När kolhydraterna byggs upp, våra immunsystem behandlar Neu5Gc som en utländsk inkräktare, genererar antikroppar mot den. Det är därför röda köttrika dieter är förknippade med kronisk inflammation och relaterade sjukdomar, såsom tjocktarmscancer och åderförkalkning.

Forskare vid University of California San Diego School of Medicine upptäckte nyligen hur tarmbakterier använder enzymer för att avlägsna våra celler från deras Neu5Gc -innehåll så att de kan njuta av underliggande sockerarter, och därmed, släpper ut kolhydraterna i blodet.

Studien, publicerad 23 september, 2019 i Naturmikrobiologi , introducerar möjligheten att använda dessa bakteriella enzymer, kallas sialidaser, för att rensa Neu5Gc från våra vävnader och eventuellt ta bort kolhydrater från rött kött innan det konsumeras.

Det är vår förhoppning att detta tillvägagångssätt kan användas som ett slags probiotiskt eller prebiotiskt för att minska inflammation och risken för inflammatoriska sjukdomar -; utan att ge upp biff. "

Karsten Zengler, Doktorsexamen, professor i barn- och bioteknik, UC San Diego och seniorförfattare

Forskare har vetat i decennier att tjocktarmscancer och åderförkalkning är vanligare hos människor som äter mycket rött kött, men inte hos icke-mänskliga köttätare. Neu5Gc var inblandad som länken mellan konsumtion av rött kött och dessa mänskliga sjukdomar i tidigare studier av studiens medförfattare Ajit Varki, MD, Framstående professor i medicin och cellulär och molekylär medicin vid UC San Diego School of Medicine, och kollegor. De visade att kosten Neu5Gc främjar inflammation, tumörer och åderförkalkning hos Neu5Gc-bristfälliga (humaniserade) möss.

I deras senaste studie, Zenglers team använde liknande humaniserade möss (musmodeller som har genetiskt modifierats för att på något sätt återspegla mänsklig biologi) för att avgöra hur kosten påverkar mikrobiomernas sammansättning -; grupper av mikrober, särskilt bakterier -; bor i tarmen. Mössen fick antingen en Neu5Gc-rik röd köttdiet eller en av två kontrolldieter som saknade kolhydrater.

Övergripande, den röda köttliknande kosten var associerad med mindre bakteriell mångfald i musens tarmmikrobiomer. Ändå fanns det flera bakterietyper som var rikare i tarmen hos de Neu5Gc-matade mössen än mössen som inte konsumerade köttrelaterade kolhydrater. En av dessa var Bakteroider , en typ av bakterier som är kända för att överleva på kolhydrater.

Mer specifikt, a Bakteroider enzym var särskilt rikligt i de Neu5Gc -matade mössen; en ny typ av sialidas som klyver av Neu5Gc från celler.

För att avgöra hur musresultaten kan översättas till människor, Zengler hoppades ursprungligen på att göra en studie där människor skulle äta en vegetarisk kost i två månader, byt sedan till köttkonsumtion i två månader, allt medan laget spårade hur deras tarmmikrobiomer och sialidaser förändrades. Istället för att starta en sådan studie, vilket hade varit dyrt, Zengler hittade ett naturligt förekommande experiment i Hadzas livsstil, en inhemsk jägare-samlargrupp som bor i en avlägsen region i Tanzania, i Östafrika. Under torrperioden, Hadza jagar och äter kött. Under den våta säsongen, de kan inte jaga och istället förlita sig på en diet främst av bär och honung.

Andra forskargrupper har tidigare studerat Hadza och deras mikrobiomer. Undersöker offentligt tillgängliga genomdata från Hadza tarmbakterier över tid, Zenglers team märkte det Bakteroider som innehöll sialidasgenen var minst två gånger rikligare under den torra (köttätande) säsongen, jämfört med våtsäsongen.

Men bara för att sialidasgener är närvarande betyder det inte nödvändigtvis att de också är aktiva. Så forskare syntetiserade Hadza bakteriell sialidasgen och producerade enzymet i labbet. Det resulterande sialidaset var aktivt och föredrog icke-humant Neu5Gc framför liknande humana kolhydrater.

Zengler tog sedan studien ett steg längre:till mataffären. Hans team köpte biff och fläskkorv från en lokal butik och tog tillbaka det till labbet. De gnuggade sitt lab-tillverkade sialidas på köttet och, säker nog, de flesta av Neu5Gc kom direkt.

"Tillvägagångssättet är inte perfekt ännu -; sialidasenzymet föredrar att klyva Neu5Gc, men det klyver fortfarande lite av en liknande mänsklig kolhydrat, "sade Zengler, som också är fakultetsmedlem i Center for Microbiome Innovation vid UC San Diego.

Han och hans team arbetar nu med att optimera enzymet för att öka dess specificitet. Teamet vill också utforska metoder för att massproducera enzymet och vidare utforska dess potential för att förebygga inflammation och inflammatoriska sjukdomar.

• Studien utvärderar nya tekniker för att förbättra läkare-patientkommunikation vid livets slut
• Mount Sinai tillkännager skapandet av Biomedical Engineering and Imaging Institute