Puščajo črevesje in vesoljski let - mehanizem je bil razkrit

Nova študija o učinkih simulirane mikrogravitacije, stanje, s katerim se astronavti soočajo v vesolju, moti epitelno pregrado črevesja, učinek pa vztraja tudi po vrnitvi astronavta v običajno okolje. Raziskava je objavljena v reviji Znanstvena poročila .

Epitelij črevesne stene igra ključno vlogo pri zaščiti preostalega telesa pred milijardami mikrobov, ki so jim ljudje izpostavljeni s hrano. Vendar pa v mikrogravitaciji, ta ovira je porušena. To ne le preprečuje normalno delovanje črevesja, ampak ogroža sposobnost črevesne pregrade, da se upre okužbi tudi po vrnitvi astronavtov na zemljo.

Declan McCole je profesor biomedicinskih znanosti na UC Riverside. (Medicinska šola UCR/Carrie Rosema)

Mikrogravitacija ali skoraj breztežnost

Zaradi mikrogravitacije se delovanje telesa dramatično spremeni. Spremembe vključujejo genetsko, strukturne in biokemične spremembe. To lahko pri posamezniku povzroči gastroenteritis, in drugi simptomi črevesne bolezni. Trpi tudi imunski sistem telesa, medtem ko bakterije, kot je salmonela, postanejo bolj patogene v pogojih mikrogravitacije, povzroča črevesne bolezni.

Razlog za to je delno odkrit v sedanji študiji, ki kaže, da bivanje v okolju mikrogravitacije povzroči oslabitev epitelijskih celic črevesja, zmanjšanje njihove sposobnosti, da prenesejo lastnosti nekaterih sredstev proti prebijanju ovir. Ta šibkost je bila vztrajno prisotna do 14 dni po tem, ko se je posameznik vrnil v normalno okolje.

Študij

Raziskovalci so predstavili acetaldehid, metabolit, ki ga telo proizvaja iz alkohola. Za to sredstvo so se odločili, ker je znano, da alkohol ruši črevesno pregrado in povečuje prepustnost črevesne stene pri zdravih in alkoholiziranih osebah s poškodbami jeter.

Puščajoče črevo. - Zasluge za ilustracijo:Designua / Shutterstock

Ta pregradna funkcija je ključnega pomena za zdravje črevesja, in njegova razčlenitev povzroči prepuščanje črevesja. Omogoča okužbe in bakterijske antigene, ali metaboliti, vstopiti v telo, povzroča, kot je znano, kronično vnetje. To vključuje vnetne črevesne bolezni, Celiakija, sladkorna bolezen tipa 1 in bolezni jeter.

Ekipa je uporabila model vrtljive stenske posode, ki ohranja celice v okolju, kjer so pod nadzorom stalnega vrtenja. To plovilo je bioreaktor, kjer se lahko pojavijo biološke reakcije v živih celicah. Pogoji skrbno simulirajo učinek simulirane mikrogravitacije na kultivirane celice, vzete iz črevesnega epitelija.

Ugotovitve

Celice so lahko zrasle v enem sloju nad zagotovljenimi kroglicami mikro nosilcev. Te celice lahko tvorijo tesne stike, medtem ko je polarnost celic, ali usmerjenost od vrha do baze, tudi to ni vplivalo.

Potem ko so bile celice 18 dni gojene v posodi z vrtljivo steno, črevesne epitelne celice so pokazale znatno zamudo pri oblikovanju tesnih stikov, stiki med celicami, kjer se posamezne epitelne celice združijo, da tvorijo neprepustno pregrado, ki je ne more prečkati noben živ organizem ali biološka molekula. Tudi ko so nastali, vzorec je bil nenormalen, verjetno zaradi vpliva na prehod tesno stičnih proteinov v celično membrano na vrhu celice, kjer nastajajo tesni stiki. Ta spremenjeni vzorec je trajal do 14 dni po odstranitvi gojenih celic iz posode.

Ko so celice izpostavili param acetaldehida, videli so, da so opazne okvare pregrade, s povečanjem prepustnosti črevesne epitelne celične pregrade. Tako te celice so bile bolj občutljive na sredstvo, ki moti oviro, kot kontrolne celice, ki niso izpostavljene mikrogravitaciji.

Beljakovine, ki sodelujejo pri oblikovanju tesnih stikov, so bile v ekspresiji nespremenjene, ki dokazujejo, da njihova pomanjkljivost ni odgovorna za zamudo. To so opazili pri celicah, izpostavljenih acetaldehidu, pa tudi pri tistih, ki niso bile. Vendar pa v celicah, izpostavljenih acetaldehidu, proteini tesnega stika so pokazali moteno lokalizacijo membrane v pogojih mikrogravitacije. Čeprav je do takšne motnje prišlo z acetaldehidom v posodi z vrtljivo steno in kontrolnimi celicami, v prvem primeru je bila večja. Tako mikrogravitacija naredi črevesni epitel bolj dovzeten za okvare funkcionalne pregrade, ko je izpostavljen sredstvu, ki moti oviro, in povzroči reorganizacijo tesnih stikov.

Mehanizem je verjetno mogoče razložiti s prejšnjimi študijami, ki kažejo, kako acetaldehid poslabša stabilnost interakcije med proteini, ki so tesno povezane z aktinom, zaradi česar je okludin in ZO-1 tesno stičnih proteinov napačno lokaliziran.

Zaključek

Okolje mikrogravitacije lahko povzroči, da se pri zdravih celicah razvije ovira. Drugič, kadar so takšne celice izpostavljene sredstvu, ki lahko poruši to pregrado, napaka se močno okrepi, in to lahko poruši celoten sistem črevesne homeostaze. Pravzaprav, to bi lahko povečalo tveganje za bakterijsko okužbo, kronično vnetje zaradi izpostavljenosti bakterijskim produktom, in hitre hude okužbe.

Raziskovalec Declan McCole pravi, "Naša študija je prva, ki je raziskala, ali se funkcionalne spremembe lastnosti pregrad epitelijskih celic vzdržujejo skozi čas po odstranitvi iz simuliranega mikrogravitacijskega okolja. Naše delo lahko poroča o dolgotrajnih vesoljskih potovanjih in kolonizaciji, kjer lahko izpostavljenost patogenom, ki se prenašajo s hrano, povzroči hujšo patologijo kot na Zemlji. "

• Najdena je povezava med črevesnim mikrobiomom,
• Raziskave kažejo, kako črevesni mikrobi vplivajo na želodčno gripo