A pesquisa mostra como o ácido colânico estende a vida útil em C. elegans

A pesquisadora da Baylor College of Medicine, Meng Wang, já havia mostrado que as bactérias que produzem um metabólito chamado ácido colânico (CA) podem estender a vida dos vermes em seu laboratório em até 50%, mas sua colaboração com o biólogo sintético da Rice University, Jeffrey Tabor, está fornecendo ferramentas para responder à grande questão de como o metabólito confere vida mais longa.

p Em um estudo publicado em eLife , Wang, Tabor e seus colegas mostraram que podiam usar cores diferentes de luz para ligar e desligar os genes das bactérias intestinais enquanto as bactérias estavam nos intestinos dos vermes. O trabalho foi viabilizado por um sistema de controle optogenético que a Tabor vem desenvolvendo há mais de uma década.

p O grupo de Meng descobriu que o composto CA pode estender a vida, mas eles não podiam dizer com certeza se era um ingrediente dietético que estava sendo digerido no estômago ou um metabólito que estava sendo produzido por bactérias nos intestinos. Conseguimos restringir a produção de CA no intestino e mostrar que teve um efeito benéfico nas células intestinais. "

Tabor, Professor Associado de Bioengenharia e de Biociências, Rice University

p Para os experimentos, O laboratório de Tabor desenvolveu cepas de E. coli para fazer CA quando exposto ao verde, mas não vermelho, luz. Para se certificar de que a bactéria funcionou corretamente, a equipe adicionou genes para fazer diferentes cores de proteínas fluorescentes que apareceriam brilhantemente em um microscópio. Uma cor sempre esteve presente, para tornar mais fácil ver onde as bactérias estavam dentro dos vermes, e uma segunda cor foi feita apenas quando a bactéria estava produzindo CA.

p Em colaboração com o laboratório Wang, O laboratório de Tabor manteve as bactérias sob uma luz vermelha e as alimentou com vermes, uma espécie chamada Caenorhabditis elegans (C. elegans), comumente usada nas ciências biológicas. Os pesquisadores acompanharam o progresso da bactéria através do trato digestivo e acenderam a luz verde quando chegaram aos intestinos.

p "Quando exposto à luz verde, vermes portadores dessa cepa de E. coli também viveram mais. Quanto mais forte a luz, quanto mais longa for a vida, "disse Wang, a cadeira dotada de Robert C. Fyfe sobre envelhecimento, um professor de genética molecular e humana no Huffington Center on Aging at Baylor e um investigador do Howard Hughes Medical Institute.

p Nas células de C. elegans e outras formas de vida de ordem superior, de humanos para fermento, organelas especializadas chamadas mitocôndrias fornecem a maior parte da energia. Milhares de mitocôndrias trabalham ininterruptamente em cada célula e mantêm um equilíbrio dinâmico entre a fissão e a fusão, mas eles se tornam menos eficientes com o tempo. Conforme as pessoas e outros organismos envelhecem, a disfunção das mitocôndrias leva ao declínio funcional de suas células.

p Em experimentos anteriores com C. elegans, Wang e colegas mostraram que o CA pode regular o equilíbrio entre a fissão mitocondrial e a fusão nas células intestinais e musculares para promover a longevidade. Os vermes normalmente vivem cerca de três semanas, mas o laboratório de Wang mostrou que o CA pode estender suas vidas para 4,5 semanas - 50% mais do que o normal.

p Tabor disse que isso levanta uma série de questões. Por exemplo, se CA é produzido no intestino, as células intestinais se beneficiam primeiro? O efeito benéfico da AC está relacionado ao seu nível? E o mais importante, os benefícios mitocondriais se espalham por todo o corpo a partir dos intestinos?

p No eLife estude, os pesquisadores descobriram que a produção de CA no intestino melhorou diretamente a função mitocondrial nas células intestinais em um curto período de tempo. Eles não encontraram evidências de tal direta, benefícios mitocondriais de curto prazo nas células musculares dos vermes. Assim, o efeito promotor da longevidade do CA começa no intestino e se espalha para outros tecidos ao longo do tempo.

p "Com nossa tecnologia, podemos usar a luz para ligar a produção de CA e observar o efeito se propagando pelo worm, "Tabor disse.

p Ele disse que a precisão da tecnologia optogenética pode permitir que os pesquisadores façam perguntas fundamentais sobre o metabolismo intestinal.

p "Se você pode controlar o tempo e a localização da produção de metabólitos com precisão, você pode pensar em projetos experimentais que mostram causa e efeito, " ele disse.

p Mostrar que as bactérias intestinais afetam diretamente a saúde ou a doença seria uma grande conquista.

p "Sabemos que as bactérias intestinais afetam muitos processos em nossos corpos, "Tabor disse." Eles têm sido associados à obesidade, diabetes, ansiedade, cânceres, doenças autoimunes, doenças cardíacas e doenças renais. Houve uma explosão de estudos que medem quais bactérias você tem quando tem esta ou aquela enfermidade, e está mostrando todos os tipos de correlações. "

p Mas há uma grande diferença entre mostrar correlação e causalidade, Disse Tabor.

p "O objetivo, a coisa que você realmente quer, é uma bactéria intestinal que você pode comer que vai melhorar a saúde ou tratar doenças, " ele disse.

p Mas é difícil para os pesquisadores provar que as moléculas produzidas por bactérias intestinais causam doenças ou saúde. Isso ocorre em parte porque o intestino é difícil de acessar experimentalmente, e é especialmente difícil projetar experimentos que mostrem o que está acontecendo em locais específicos dentro do intestino.

p "O intestino é um lugar difícil de acessar, especialmente em grandes mamíferos, "Tabor disse." Nossos intestinos têm 28 pés de comprimento, e eles são muito heterogêneos. O pH muda e as bactérias mudam dramaticamente ao longo do caminho. Assim como os tecidos e o que eles estão fazendo, como as moléculas que secretam.

p "Para responder a perguntas sobre como as bactérias intestinais influenciam nossa saúde, você precisa ser capaz de ativar genes em lugares específicos e em momentos específicos, como quando um animal é jovem ou quando um animal acorda de manhã, "ele disse." Você precisa desse nível de controle para estudar os caminhos em seu próprio território, onde acontecem e como acontecem. "

p Porque ele usa luz para acionar genes, optogenética oferece esse nível de controle, Disse Tabor.

p "Até este ponto, luz é realmente o único sinal que tem precisão suficiente para ativar genes bacterianos no intestino delgado versus grosso, por exemplo, ou durante o dia, mas não à noite, " ele disse.

p Tabor disse que ele e Wang discutiram muitas maneiras de usar a optogenética para estudar o envelhecimento.

p "Ela encontrou duas dúzias de genes bacterianos que podem estender a vida útil de C. elegans, e não sabemos como a maioria deles funciona, "Tabor disse." Os genes do ácido colânico são realmente intrigantes, mas há muitos mais que gostaríamos de acender com a luz no worm para descobrir como funcionam. Podemos usar a técnica exata que publicamos neste artigo para explorar esses novos genes também. E outras pessoas que estão estudando o microbioma também podem usá-lo. É uma ferramenta poderosa para investigar como as bactérias estão beneficiando nossa saúde. "

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