Мікробіом кишечника настільки корисний для травлення та здоров’я людини, що його часто називають додатковим органом травлення. Це величезне скупчення бактерій та інших мікроорганізмів у кишечнику допомагає нам розщеплювати їжу та виробляти поживні речовини та інші метаболіти, які впливають на здоров’я людини безліччю способів.
Нове дослідження університету Чикаго показує, що деякі групи цих мікробів-помічників також напрочуд винахідливі, з великим репертуаром генів, які допомагають їм генерувати енергію для себе і потенційно впливати на здоров’я людини.
У роботі, опублікованій 4 січня 2024 року в журналі Nature Microbiology, визначено 22 метаболіти, які три віддалено споріднені сімейства кишкових бактерій використовують як альтернативу кисню для дихання в анаеробному середовищі кишечника. Ці бактерії також мають до сотні копій генів для виробництва ферментів, які переробляють ці альтернативні метаболіти — набагато більше, ніж було виміряно у бактерій, що живуть поза кишківником. Ці результати дозволяють припустити, що анаеробні бактерії кишечника можуть мати здатність виробляти енергію і з сотень інших сполук.
Це приклади своєрідних метаболізмів, які діють на всі ці різні метаболіти, які виробляють мікробіом кишечника, — говорить Сем Лайт, доктор філософії, доцент кафедри мікробіології Університету Чикаго (Neubauer Family Assistant Professor of Microbiology at UChicago) та старший автор дослідження.
Це цікаво, тому що один з основних способів впливу мікробіома на наше здоров’я — це створення або зміна цих малих молекул, які потім можуть потрапити до нашого кровотоку і діяти як ліки.
На рівні організму ми зазвичай думаємо про дихання як процес вдихання кисню. На клітинному рівні дихання визначає біохімічний процес, що генерує енергію. Більшість клітин використовують кисень для дихання, але в анаеробному середовищі, наприклад, усередині кишечника, клітини еволюціонували, щоб використовувати інші молекули.
Для отримання енергії клітини використовують два основні типи метаболізму: бродіння та дихання. При ферментації клітина розщеплює молекули отримання енергії безпосередньо. У диханні беруть участь дві молекули: донор електронів та акцептор електронів. Класичний приклад цього процесу — використання глюкози як донора та кисню як акцептор. Клітини розщеплюють глюкозу, переміщуючи вилучені електрони через ряд етапів, перш ніж остаточно перейдуть до молекули кисню. Це спонукає клітину генерувати АТФ або аденозинтрифосфат: основне джерело енергії для використання та зберігання на клітинному рівні.
Більшість мікробів, що живуть у кишечнику, використовують ферментацію, але є й кілька відомих типів бактерій з дихальним метаболізмом, у тому числі ті, які використовують акцептори електронів — вуглекислий газ та сульфат. Для нового дослідження Лайт та його колеги проаналізували базу даних із понад 1500 геномів бактерій кишечника людини. Вони виявили дивовижний розподіл генів, які виробляють редуктази — ферменти, що використовують різні акцептори електронів у дихальних шляхах. У той час як більшість геномів кодують лише кілька редуктаз, невелика підмножина кодує понад 30 різних редуктаз. Ці бактерії були близькими родичами; вони походили з трьох різних і далеко віддалених один від одного сімейств (Burkholderiaceae, Eggerthellaceae та Erysipelotrichaceae), розділених сотнями мільйонів років еволюційної історії.
Ці бактерії, мабуть, винахідливіші, ніж бактерії з респіраторним метаболізмом, що живуть поза організмом-господарем, які в основному використовують неорганічні сполуки. Виявлені Лайтом та його командою респіраторні бактерії кишечника спеціалізуються на різних органічних метаболітах, що цілком логічно з огляду на постійну наявність їжі.
У кишечнику так багато органічних речовин, які надходять із їжі, яку ми їмо. Вона хімічно складна, і вам потрібно більше ферментів, щоб переробити її в цьому середовищі, — каже Лайт.
Ми думаємо, що різноманітність генів дозволяє бактеріям використовувати безліч різних речовин, які потрапляють до них в організм.
Деякі метаболіти, які вони використовують, також мають цікаві наслідки для здоров’я людини в кишечнику. Наприклад, у людей із діабетом другого типу в крові підвищується рівень побічного продукту амінокислот, званого імідазол-пропіонатом. Інший метаболіт, ресвератрол, впливає деякі процеси метаболізму та імунної системи, а ітаконат виробляється макрофагами у відповідь інфекції.
Лайт сподівається, що подальші дослідження, подібні до цього, допоможуть нам зрозуміти функції різних мікробів у кишечнику, що, у свою чергу, може бути використане для покращення здоров’я.
Розраховується те, що наше розуміння цих різних метаболізмів і того, як вони працюють, дозволить нам розробити стратегії втручання — або через дієту, або фармакологічно — для модуляції потоку метаболітів через ці різні шляхи, — укладає він.
Таким чином, у будь-якому контексті, наприклад, при діабеті 2-го типу або після інфекції ми зможемо контролювати виробництво метаболітів, щоб отримати терапевтичний ефект.
Матеріали новинного характеру не можна прирівнювати до призначення лікаря. Перед прийняттям рішення порадьтеся з фахівцем.
