Исследователи из Медицинского колледжа Бейлора обнаружили новый механизм, показывающий, как микробы могут изменять физиологию организмов, в которых они живут. В статье, опубликованной в журнале Nature Cell Biology, исследователи раскрывают, как микробы, живущие внутри лабораторного червя C. elegans, реагируют на изменения окружающей среды и генерируют сигналы для червя, которые изменяют способ хранения липидов.
«Взаимодействия между микробом и хозяином были известны давно, но фактические молекулярные механизмы, которые опосредуют эти взаимодействия, были в значительной степени неизвестны», - сказал старший автор доктор. Мэн Ван, адъюнкт-профессор молекулярной генетики и генетики человека в Бэйлоре и Центре старения Хаффингтона. «Микробы, живущие внутри другого организма, хозяина, могут реагировать на изменения в окружающей среде, изменять молекулы, которые они производят, и, следовательно, влиять на нормальную работу тела хозяина, включая восприимчивость к болезням».
В этом исследовании Ван и первый автор, доктор Чжи-Чун Лин, работающие в лаборатории Вана, впервые раскрыли молекулярный механизм, с помощью которого бактерии E. coli могут регулировать накопление липидов C. elegans.
Как E. coli изменяет накопление липидов у C. elegans
С. elegans - лабораторная модель червя, которую ученые используют для изучения основных биологических механизмов в норме и при болезнях.
Этот червь естественным образом потребляет и живет с бактериями в своем кишечнике и взаимодействует с ними таким же образом, как между людьми и микробами. В лаборатории мы можем изучать основные биологические механизмы, контролируя тип живых бактерий. внутри этого червя, а также другие переменные, а затем определить влияние на физиологию червя», - сказал Ван.
В этом исследовании Ван и Лин сравнили две группы червей. Одна группа получила бактерии, выращенные в богатой питательными веществами среде. Другая группа червей получила тот же тип бактерий, но они выросли в плохих питательных условиях. Обе группы червей получали одинаковое количество и тип питательных веществ, единственное различие заключалось в типе среды, в которой росли бактерии до того, как они были введены червям.
Интересно, что черви-носители бактерий из бедной питательной средой среды имели в своем теле в два раза больше жира, чем черви, живущие с бактериями из богатой питательными веществами среды.
Затем исследователи провели дополнительные эксперименты и определили, что именно недостаток аминокислоты метионина в бедной питательными веществами среде заставил бактерии адаптироваться, производя различные соединения, которые затем инициировали каскад событий в организме червя. что привело к лишнему накоплению жира. Кроме того, исследователи заметили, что в тканях, демонстрирующих избыточное накопление жира, также были фрагментированы митохондрии. Активность митохондрий, баланс между их слиянием и распадом, как известно, тесно связана с метаболической активностью.
Механизм, выявляющий неожиданные связи
Исследователи обнаружили, что бактерии были способны вызывать фрагментацию митохондрий, а затем дополнительное накопление липидов, потому что молекулярные промежуточные продукты, которые вызывали бактерии, позволяли им «устанавливать связь» с митохондриями.
«Мы впервые нашли доказательства того, что бактерии и митохондрии могут «разговаривать друг с другом» на метаболическом уровне», - сказал Ван.
Бактерии и митохондрии как дальние родственники. Эволюционные данные убедительно свидетельствуют о том, что митохондрии произошли от бактерий, которые проникли в другие типы клеток и стали частью их структуры. Митохондрии играют важную роль во многих аспектах клеточного метаболизма, но также поддерживают гены, очень похожие на гены их бактериальных предков.
«Интересно, что молекулы, генерируемые бактериями, могут взаимодействовать в коммуникации между митохондриями и регулировать баланс их слияния и деления», - сказал Ван. «Наши результаты показывают такой общий язык между бактериями и митохондриями, несмотря на то, что они эволюционно далеки друг от друга».
Некоторые компоненты этого общего языка включают белки, такие как NR5A, Patched и Sonic Hedgehog. Последний представляет особый интерес для исследователей, поскольку ранее он не участвовал в регуляции липидного обмена и динамики митохондрий.
«Микробы в микробиоме могут влиять на многие аспекты функций своего хозяина, и здесь мы представляем новый молекулярный механизм, опосредующий общение между микробом и хозяином», - сказал Ван. «Обнаружение одного механизма побуждает нас исследовать другие, которые могут быть связаны с другими физиологическими аспектами, такими как, среди прочего, реакция на стресс и старение."