Ученые обнаружили, что удаление одного гена в определенном штамме кишечных бактерий вызывает изменения в метаболизме и снижение веса у мышей, согласно исследованию, опубликованному в журнале eLife.
Исследование представляет собой важный шаг к пониманию того, как микробиом - бактерии, живущие в нашем организме, - влияет на обмен веществ.
Хорошо известно, что микробиом влияет на развитие ожирения и метаболических заболеваний, таких как диабет. Но хотя эти ассоциации хорошо известны, конкретные способы воздействия микробиома на метаболизм труднее расшифровать. Это связано с тем, что в кишечнике содержится так много видов бактерий, которые производят множество различных видов метаболитов. Распутать их различные эффекты - серьезная проблема.
В этом исследовании исследователи использовали своего рода «генетический скальпель» для удаления определенного гена из микробиома, а затем исследовали влияние этого изменения на метаболизм хозяина. Они решили сосредоточиться на группе веществ, которые естественным образом встречаются в кишечнике человека, называемых желчными кислотами. Считается, что дисбаланс в пуле желчных кислот способствует ожирению, вызванному диетой. Однако вопрос о том, какие именно желчные кислоты вызывают эти эффекты, остается неясным.
Чтобы ответить на этот вопрос, команда сосредоточилась на классе бактериальных ферментов, называемых гидролазами солей желчных кислот.«Предыдущее исследование показало, что эти гидролазы играют важную роль в регулировании метаболизма хозяина, но не в том, как именно», - объясняет старший автор Слоан Девлин, доцент кафедры биологической химии и молекулярной фармакологии Гарвардской медицинской школы, США. «Мы использовали новый подход к пониманию роли этих ферментов, контролируя активность селективной гидролазы желчных солей в кишечнике мыши».
После идентификации вида бактерий с гидролазой солей желчных кислот, которые метаболизируют только определенные типы солей желчных кислот, они создали два штамма бактерий - один с гидролазой и один без нее - и вводили их стерильным мышам. Как и предполагалось, они обнаружили, что у мышей, колонизированных штаммом с дефицитом гидролазы, в кишечнике было гораздо больше определенных неметаболизированных желчных солей.
Затем они исследовали последующие эффекты изменения уровня определенных солей желчных кислот на метаболизм мыши. Они были удивлены, обнаружив, что мыши, колонизированные бактериями, лишенными гидролазы, набрали меньше веса, чем мыши, колонизированные нормальными бактериями. Они также обнаружили, что у животных был более низкий уровень жиров и холестерина в крови и печени, чем у животных с гидролазой, и они предпочитали метаболизировать жиры, а не углеводы для получения энергии.
Генетический анализ показал, что в дополнение к изменениям, связанным с метаболизмом, также произошли изменения в генах, контролирующих циркадный ритм и иммунный ответ. Это говорит о том, что изменения желчных кислот, вызванные бактериями, могут вызывать более широкий спектр изменений в организме хозяина.
«Предыдущая работа показала, что микробиом в целом влияет на обмен веществ, но наша статья дает более упрощённый взгляд», - заключает профессор Девлин. «Показывая, что удаление одного гена приводит к последующим изменениям в метаболизме хозяина, мы устанавливаем этот конкретный ген в качестве потенциальной мишени для будущей разработки лекарств и делаем шаг к более полному пониманию того, как микробиом влияет на метаболизм."