Исследования показывают, как колановая кислота увеличивает продолжительность жизни C. elegans.

Исследователь из Медицинского колледжа Бейлора Мэн Ван уже показала, что бактерии, вырабатывающие метаболит под названием колановая кислота (КА), могут продлить жизнь червей в ее лаборатории на целых 50%. но ее сотрудничество с синтетическим биологом из Университета Райса Джеффри Табором предоставляет инструменты для ответа на более важный вопрос о том, как метаболит продлевает жизнь.

В исследовании, опубликованном в электронная жизнь , Ван, Табор и его коллеги показали, что они могут использовать разные цвета света, чтобы включать и выключать гены кишечных бактерий, пока бактерии находятся в кишечнике червей. Эта работа стала возможной благодаря системе оптогенетического контроля, которую Табор разрабатывает более десяти лет.

<цитата>

Группа Менга обнаружила, что соединение CA может продлить продолжительность жизни, но они не могли сказать наверняка, был ли это диетический ингредиент, который переваривался в желудке, или метаболит, вырабатываемый бактериями в кишечнике. Нам удалось ограничить производство КА в кишечнике и показать, что он оказывает благотворное влияние на клетки кишечника ».

Табор, Доцент кафедры биоинженерии и биологических наук, Университет Райса

Для экспериментов Лаборатория Табора сконструировала штаммы кишечной палочки, которые вырабатывают КА при воздействии зеленого, но не красный, свет. Чтобы убедиться, что бактерии работают правильно, команда добавила гены для создания разных цветов флуоресцентных белков, которые будут ярко отображаться под микроскопом. Всегда был один цвет, чтобы было легче увидеть, где бактерии находились внутри червей, а второй цвет был получен только тогда, когда бактерии производили СА.

В сотрудничестве с лабораторией Ванга, Лаборатория Табора держала бактерии на красном свете и скармливала им червей, вид под названием Caenorhabditis elegans (C. elegans), который обычно используется в науках о жизни. Исследователи отслеживали распространение бактерий по пищеварительному тракту и включали зеленый свет, когда они попадали в кишечник.

"Под воздействием зеленого света черви, несущие этот штамм E. coli, также жили дольше. Чем сильнее свет, чем дольше срок службы, "сказал Ван, председатель по вопросам старения Роберта К. Файфа, профессор молекулярной генетики и генетики человека в Центре старения Хаффингтона в Бейлоре и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза.

В клетках C. elegans и других представителей жизни высшего порядка от человека до дрожжей, специализированные органеллы, называемые митохондриями, поставляют большую часть энергии. Тысячи митохондрий круглосуточно работают в каждой клетке и поддерживают динамический баланс между делением и слиянием, но со временем они становятся менее эффективными. Когда люди и другие организмы стареют, нарушение функции митохондрий приводит к функциональному снижению их клеток.

В предыдущих экспериментах с C. elegans, Ван и его коллеги показали, что КА может регулировать баланс между делением и слиянием митохондрий как в кишечных, так и в мышечных клетках, что способствует долголетию. Черви обычно живут около трех недель, но лаборатория Вана показала, что CA может продлить их жизнь до 4,5 недель - на 50% дольше, чем обычно.

Табор сказал, что это вызывает множество вопросов. Например, если КА продуцируется в кишечнике, кишечные клетки приносят пользу в первую очередь? Связано ли благотворное влияние КА с его уровнем? И самое главное, Распространяются ли полезные свойства митохондрий по всему телу из кишечника?

в электронная жизнь учиться, исследователи обнаружили, что производство КА в кишечнике напрямую улучшает функцию митохондрий в клетках кишечника за короткое время. Они не нашли доказательств такого прямого, краткосрочные преимущества митохондрий в мышечных клетках червей. Таким образом, Стимулирующий к долголетию эффект КА начинается с кишечника, а затем со временем распространяется на другие ткани.

"Благодаря нашей технологии, мы можем использовать свет, чтобы включить производство КА и наблюдать, как эффект распространяется через червя, "Сказал Табор.

Он сказал, что точность оптогенетической технологии может позволить исследователям задавать фундаментальные вопросы о метаболизме кишечника.

"Если вы можете точно контролировать время и место производства метаболитов, вы можете подумать об экспериментальных схемах, которые показывают причинно-следственные связи, " он сказал.

Было бы большим достижением показать, что кишечные бактерии напрямую влияют на здоровье или болезнь.

«Мы знаем, что кишечные бактерии влияют на многие процессы в нашем организме, "Табор сказал." Они были связаны с ожирением, диабет, беспокойство, раки, аутоиммунные заболевания, болезни сердца и почек. Произошел взрыв исследований по измерению того, какие бактерии у вас есть, когда вы страдаете той или иной болезнью, и он показывает всевозможные корреляции ».

Но есть большая разница между показом корреляции и причинности, - сказал Табор.

"Цель, то, что ты действительно хочешь, кишечные бактерии, которые вы можете съесть, которые улучшат здоровье или вылечат болезнь, " он сказал.

Но исследователям сложно доказать, что молекулы, производимые кишечными бактериями, вызывают болезни или здоровье. Это отчасти потому, что к кишечнику трудно получить доступ экспериментально, и особенно сложно разработать эксперименты, показывающие, что происходит в определенных местах кишечника.

"Кишечник - труднодоступное место, особенно у крупных млекопитающих, - сказал Табор. - Наши кишки 28 футов в длину, и они очень разнородны. Уровень pH меняется повсюду, и бактерии меняются довольно резко. То же самое и с тканями и с тем, что они делают, как молекулы, которые они выделяют.

"Чтобы ответить на вопросы о том, как кишечные бактерии влияют на наше здоровье, вам нужно иметь возможность включать гены в определенных местах и ​​в определенное время, например, когда животное молодое или когда животное просыпается утром, - сказал он. - Такой уровень контроля необходим, чтобы изучать пути на их территории, где они случаются и как они случаются ".

Поскольку он использует свет для запуска генов, оптогенетика предлагает такой уровень контроля, - сказал Табор.

"К этому моменту свет на самом деле является единственным сигналом, обладающим достаточной точностью, чтобы включить бактериальные гены в тонком, а не в толстом кишечнике, Например, или днем, но не ночью, " он сказал.

Табор сказал, что он и Ван обсудили много способов использования оптогенетики для изучения старения.

"Она обнаружила два десятка бактериальных генов, которые могут продлить продолжительность жизни C. elegans, и мы не знаем, как работает большинство из них, - сказал Табор. - Гены колановой кислоты действительно интригуют, но есть еще много чего, что мы хотели бы включить с помощью света в червях, чтобы понять, как они работают. Мы можем использовать точную технику, которую мы опубликовали в этой статье, чтобы исследовать эти новые гены. И другие люди, изучающие микробиом, тоже могут его использовать. Это мощный инструмент для изучения того, как бактерии приносят пользу нашему здоровью ».

• Исследование COVID-19 фазы 2/3 оценивает безопасность,
• Нанопластики влияют на состав и разнообразие кишечного микробиома человека