В течение многих лет исследователи изучали, как микробиом организма влияет практически на все аспекты здоровья человека, начиная от иммунной системы и заканчивая психическим здоровьем. Теперь недавнее исследование, проведенное многопрофильной исследовательской группой, включающей Университет Мэриленда, несколько учреждений в Южной Корее и Университет Пердью, проливает новый свет на то, как пища, которую мы едим, может влиять на биохимические сигнальные процессы в кишечном микробиоме.
Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, является одним из первых, кто связывает то, что мы едим, и выработку глюкозы с бактериальным сигнальным процессом, известным как «чувство кворума». Этот процесс включает синтез небольших сигнальных молекул, называемых аутоиндукторами (AI), которые секретируются отдельными бактериями, но служат для координации их ответов. Как только уровень ИИ достигает порогового значения, сигнализируя о «кворуме» клеток, сигналы ИИ передаются внутриклеточно, где они активируют экспрессию генов и обеспечивают скоординированные фенотипические ответы.
Это последнее исследование выявляет новые связи между активностью восприятия кворума и метаболизмом сахара в кишечнике с использованием AI-2, аутоиндуктора, секретируемого широким спектром видов бактерий, сказал Уильям Э. Бентли, Департамент биоинженерии UMD Fischell. (BIOE) и профессор Института биологических наук и биотехнологий (IBBR). Бентли, который также руководит Институтом биомедицинских устройств Роберта Э. Фишелла UMD, является соответствующим автором статьи вместе с Кён-Сок Рю (Корейский институт фундаментальных наук) и Германом О. Синтим (Университет Пердью).
Бактерии используют так называемую фосфоенолпируват-зависимую сахарную фосфотрансферазную систему (PTS) для поглощения сахаров, включая глюкозу и фруктозу. В частности, у E. coli белок-фосфоноситель, известный как HPr, играет жизненно важную роль в транспортировке сахара.
Передача сигналов AI-2 зависит от фермента, известного как LsrK, для его фосфорилирования - процесса, посредством которого ферменты активируются для регулирования функции белка в клетке. Часто биологические сигнальные процессы используют для изменения поведения так называемый механизм фосфорелей.
Междисциплинарная и транс-тихоокеанская исследовательская группа обнаружила, что LsrK связывается с HPr, что указывает на то, что уровень глюкозы очень сильно влияет на межклеточную связь, чувствительную к кворуму.
«Уже было известно, что HPr регулирует утилизацию глюкозы, поэтому эта часть уравнения была известна», - сказал Синтим. «Но теперь мы добавили, что это также регулирует определение кворума».
Проще говоря, выводы группы показывают, что пища, которую мы едим, и, как следствие, уровень глюкозы в желудочно-кишечном тракте, могут влиять на типы сигналов, которые микробиом встречает, а также посылает в другие части тела.
«Наша группа работает вместе уже несколько лет, и наша долгосрочная цель - выяснить пути молекулярной коммуникации, которые управляют физиологическими процессами и связывают бактерии с клетками человека», - сказал Бентли. «В биологии передача информации и то, как функционируют организмы, полностью зависит от «общающихся» молекул, которые перемещают информацию туда и обратно между клетками и тканями. «Разговор» между бактериями и человеческими клетками сложен, но жизненно важен. Такие исследования, как они лягут в основу новых противомикробных методов лечения и могут даже формировать планы диеты и режимы упражнений для улучшения здоровья человека».