Нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера, Паркинсона и БАС, поражают миллионы взрослых, но ученые до сих пор не знают, что вызывает эти заболевания, что представляет собой серьезное препятствие для разработки методов лечения или профилактических мер.
Недавние исследования показывают, что у людей с этими заболеваниями наблюдаются изменения в бактериальном составе пищеварительного тракта. Однако, учитывая огромное разнообразие микробов, обнаруженных в организме человека, определить, какие бактерии могут быть связаны с нейродегенерацией, все равно что найти иголку в стоге сена.
В поисках этой пресловутой иглы ученые из Университета Флориды заглянули в неожиданное место: пищеварительный тракт крошечного полупрозрачного червя под названием Caenorhabditis elegans.
Новое исследование, опубликованное в PLOS Pathogens, впервые устанавливает связь между конкретными видами бактерий и физическими проявлениями нейродегенеративных заболеваний. Ведущим автором исследования является Алисса Уокер, докторант по микробиологии и клеточным наукам Колледжа сельского хозяйства и наук о жизни UF/IFAS.
«Рассмотрение микробиома - это относительно новый подход к изучению того, что вызывает нейродегенеративные заболевания. В этом исследовании мы смогли показать, что определенные виды бактерий играют роль в развитии этих состояний», - сказал Даниэль Чиз., научный руководитель диссертации Уокера.
Чиз - старший автор исследования и доцент кафедры микробиологии и клеточных наук UF/IFAS.
"Мы также показали, что некоторые другие бактерии производят соединения, противодействующие этим "плохим" бактериям. Недавние исследования показали, что у пациентов с болезнью Паркинсона и Альцгеймера дефицит этих "хороших" бактерий, поэтому наши результаты могут помочь объяснить, что связь и открыть область для будущих исследований», - добавил он.
Все нейродегенеративные заболевания могут быть связаны с проблемами, связанными с тем, как белки обрабатываются в организме. Если белки свернуты неправильно, они накапливаются и накапливаются в тканях. Эти белковые агрегаты, как их называют ученые, мешают функционированию клеток и приводят к нейродегенеративным заболеваниям.
Чиз и его соавторы хотели знать, будет ли введение определенных бактерий в червей C. elegans сопровождаться агрегацией белков в тканях червей.
На самом деле это то, что мы наблюдали. У нас есть способ маркировать агрегаты, чтобы они светились зеленым под микроскопом. Мы видели, что черви, колонизированные определенными видами бактерий, освещались агрегатами, токсичными для тканей, в то время как те, которые были колонизированы контрольными бактериями, не были», - сказал Чиз.«Это произошло не только в тканях кишечника, где находятся бактерии, но и во всем теле червей, в их мышцах, нервах и даже репродуктивных органах».
Удивительно, но потомство пораженных червей также показало повышенную агрегацию белков, хотя эти потомки никогда не сталкивались с бактериями, изначально связанными с заболеванием.
«Это очень интересно, потому что предполагает, что эти бактерии генерируют некий сигнал, который может быть передан следующему поколению», - сказал Чиз.
Черви, колонизированные «плохими» бактериями, также потеряли подвижность, что является распространенным симптомом нейродегенеративных заболеваний.
Здоровый червь передвигается, перекатываясь и молотя. Когда вы берете здорового червя, он скатывается с кирки, простого устройства, которое мы используем для обращения с этими крошечными животными. Но черви с вредными бактериями не могут Не делайте этого из-за появления агрегатов токсического белка», - объяснил Уокер, разработавший этот метод оценки.
"Можно сравнить кирку с полосой препятствий: точно так же, как человеку с нейродегенеративным заболеванием будет трудно перебраться через него, то же самое верно и для этих червей, только в гораздо меньшем масштабе", - добавил Чиз.
Забавный факт: волоски на бровях или ресницы человека - очень хороший выбор.
"Черви очень нежные, поэтому вам нужен инструмент, который не повредит их. Они также прозрачны и имеют простой план тела. Такие исследования, как наше, возможны, потому что эти черви обычно питаются бактериями", Czyz сказал.
«Черви имеют длину всего один миллиметр, и у каждого из них ровно 959 клеток», - сказал Чиз. «Но во многих отношениях они очень похожи на нас, людей - у них есть кишечник, мышцы и нервы, но вместо того, чтобы состоять из миллиардов клеток, каждый орган представляет собой всего лишь горстку клеток. Они похожи на живые пробирки. размер позволяет нам проводить эксперименты гораздо более контролируемым образом и отвечать на важные вопросы, которые мы можем задать в будущих экспериментах с высшими организмами и, в конечном итоге, с людьми."
В настоящее время лаборатория Czyz тестирует сотни штаммов бактерий, обнаруженных в кишечнике человека, чтобы выяснить, как они влияют на агрегацию белков у C. elegans. Группа также исследует, как бактерии, связанные с нейродегенерацией, вызывают неправильную укладку белков на молекулярном уровне.
Czyz также интересуется возможными связями между устойчивыми к антибиотикам бактериями и неправильным сворачиванием белков.
Почти все бактерии, которые, как мы обнаружили, связаны с неправильным сворачиванием белка, также связаны с устойчивыми к антибиотикам инфекциями у людей. Однако потребуются еще многие годы исследований, прежде чем мы сможем понять, есть ли какая-либо связь. между устойчивостью к антибиотикам и нейродегенеративными заболеваниями», - сказал Чиз.