Forskere opdager, hvordan bakterieenzym fjerner betændelsesfremkaldende kødkulhydrater

De fleste pattedyr producerer naturligt et kulhydrat kendt som Neu5Gc -; mennesker gør det ikke. Imidlertid, når vi spiser rødt kød, dyr Neu5Gc er inkorporeret i vores væv. Når kulhydraterne bygger op, vores immunsystem behandler Neu5Gc som en udenlandsk invader, danner antistoffer mod det. Derfor er rødt kødrig kost forbundet med kronisk betændelse og relaterede sygdomme, såsom tyktarmskræft og åreforkalkning.

Forskere ved University of California San Diego School of Medicine opdagede for nylig, hvordan tarmbakterier anvender enzymer til at fjerne vores celler fra deres Neu5Gc -indhold, så de kan hygge sig med underliggende sukkerarter, og ved at gøre det, frigive kulhydraterne i blodbanen.

Studiet, offentliggjort 23. september, 2019 i Naturmikrobiologi , introducerer muligheden for at bruge disse bakterielle enzymer, kaldet sialidaser, at rydde Neu5Gc fra vores væv og potentielt fjerne kulhydraterne fra rødt kød, før det indtages.

Det er vores håb, at denne fremgangsmåde kan bruges som en slags probiotisk eller præbiotisk for at reducere inflammation og risikoen for inflammatoriske sygdomme -; uden at opgive bøf. "

Karsten Zengler, Ph.d., professor i pædiatri og bioingeniør, UC San Diego og seniorforfatter

Forskere har i årtier vidst, at tyktarmskræft og åreforkalkning er mere almindelig hos mennesker, der spiser meget rødt kød, men ikke hos ikke-menneskelige kødædere. Neu5Gc blev impliceret som forbindelsen mellem forbrug af rødt kød og disse menneskelige sygdomme i tidligere undersøgelser af studieforfatter Ajit Varki, MD, Fremstående professor i medicin og cellulær og molekylær medicin ved UC San Diego School of Medicine, og kolleger. De viste, at Neu5Gc i kosten fremmer betændelse, tumorer og åreforkalkning i Neu5Gc-mangelfulde (humaniserede) mus.

I deres seneste undersøgelse, Zenglers team brugte lignende humaniserede mus (musemodeller, der er blevet genetisk modificeret til at afspejle menneskelig biologi på en eller anden måde) til at bestemme, hvordan kosten påvirker sammensætningen af ​​mikrobiomerne -; mikrosamfund, især bakterier -; bor i tarmen. Musene blev fodret med enten en Neu5Gc-rig kost af rødt kød eller en af ​​to kontroldiæter, der manglede kulhydrater.

Samlet set, den røde kødlignende diæt var forbundet med mindre bakteriel mangfoldighed i musens tarmmikrobiomer. Alligevel var der flere bakterietyper, der var mere rigelige i tarmen hos de Neu5Gc-fodrede mus end musene, der ikke indtog det kødrelaterede kulhydrat. En af disse var Bakteroider , en type bakterier kendt for at overleve på kulhydrater.

Mere specifikt, -en Bakteroider enzym var især rigeligt i Neu5Gc -fodrede mus -; en ny type sialidase, der spalter Neu5Gc fra celler.

For at afgøre, hvordan museresultaterne kan oversættes til mennesker, Zengler håbede oprindeligt at gennemføre en undersøgelse, hvor folk ville spise en vegetarisk kost i to måneder, skift derefter til kødforbrug i to måneder, alt imens teamet sporede hvordan deres tarmmikrobiomer og sialidaser ændrede sig. I stedet for at starte en sådan undersøgelse, hvilket ville have været dyrt, Zengler fandt et naturligt forekommende eksperiment i Hadzas livsstil, en indfødt jæger-samlergruppe, der bor i en fjerntliggende region i Tanzania, i Østafrika. I den tørre sæson, Hadza jagter og spiser kød. I den våde sæson, de kan ikke jage og i stedet stole på en kost primært af bær og honning.

Andre forskergrupper har tidligere undersøgt Hadza og deres mikrobiomer. Undersøgelse af offentligt tilgængelige genomiske data fra Hadza -tarmbakterier over tid, Det opdagede Zenglers team Bakteroider indeholdende sialidase-genet var mindst dobbelt så rigeligt i den tørre (kødædende) sæson, i forhold til den våde sæson.

Men bare fordi sialidase -gener er til stede, betyder det ikke nødvendigvis, at de også er aktive. Så forskere syntetiserede Hadza bakterielle sialidase -genet og producerede enzymet i laboratoriet. Den resulterende sialidase var aktiv og foretrak ikke-human Neu5Gc frem for lignende humane kulhydrater.

Zengler tog derefter undersøgelsen et skridt videre:til købmanden. Hans team købte bøf og svinepølse fra en lokal butik og bragte den tilbage til laboratoriet. De gnidede deres labfremstillede sialidase på kødet og, Helt sikkert, de fleste af Neu5Gc kom lige af.

"Fremgangsmåden er ikke perfekt endnu -; sialidaseenzymet foretrækker at spalte Neu5Gc, men det kløver stadig lidt af et lignende menneskeligt kulhydrat, "sagde Zengler, som også er fakultetsmedlem i Center for Microbiome Innovation ved UC San Diego.

Han og hans team arbejder nu på at optimere enzymet for at øge dets specificitet. Teamet ønsker også at undersøge metoder til masseproduktion af enzymet og yderligere undersøge dets potentiale for at forebygge betændelse og inflammatoriske sygdomme.

• Undersøgelse evaluerer nye teknikker til at forbedre læge-patient kommunikation ved livets slutning
• Mount Sinai annoncerer oprettelsen af ​​Biomedical Engineering and Imaging Institute