Mūsų mikrobiomų – nepakartojamų bakterijų, virusų ir kitų mikrobų, gyvenančių mumyse – buvo susietas įvairiausio laipsnio įrodymais, pradedant nuo žarnyno uždegiminės ligos ir baigiant sportine veikla.
Tačiau kaip tokie mažyčiai organizmai galėjo padaryti tokį didžiulį poveikį žmogui?
Kalifornijos universiteto San Diego tyrėjai sukūrė pirmąjį visų pelės organų molekulių žemėlapį ir jų modifikavimo būdus. Viename nuostabiame pavyzdyje jie atrado, kad mikrobai kontroliuoja tulžies rūgščių struktūrą tiek pelėms, tiek žmonėms.
Tyrimui, paskelbtam 2020 m. Vasario 26 d., „Nature“, vedė PhD Pieter Dorrestein, profesorius ir bendradarbiaujančio Masinių spektrometrijos inovacijų centro direktorius Skaggs Farmacijos mokslų mokykloje UC San Diege ir doktorantas Robertas Quinnas. Mičigano valstijos universiteto profesorius.
Kai pakeisite molekulių, tokių kaip tulžies rūgštys, struktūrą, galėsite pakeisti tai, kaip ląstelės tarpusavyje susikalba ir kurie genai tam tikru metu yra „įjungti“ ar „išjungti“, sakė Dorresteinas. Ir tai gali turėti milžiniškų pasekmių kūno funkcijai ir ligos vystymuisi.
„Mes daug girdime apie tai, kaip mūsų pačių genai daro įtaką mūsų sveikatai ir elgesiui, todėl gali kilti šokas pagalvoti, kad kūne gali būti molekulių, kurios atrodo ir veikia taip, kaip ne dėl mūsų genų, o todėl, kad kito gyvo organizmo “, – teigė Dorrestein.
Pelių molekulių ir mikrobų žemėlapis
Komanda palygino (sterilias) ir be pelių gemalus su normaliais mikrobais. Jie panaudojo laboratorinę techniką, vadinamą masių spektrometrija, kad apibūdintų negyvas molekules kiekviename pelės organe. Jie nustatė kuo daugiau molekulių, palyginę jas su pamatinėmis struktūromis GNPS duomenų bazėje – minios šaltinio masių spektrometrijos saugykloje, kurią sukūrė Dorrestein ir bendradarbiai. Jie taip pat nustatė, kurie gyvieji mikrobai lokalizuojasi su šiomis molekulėmis, atlikdami sekos specifinį genetinį regioną, kuris veikia kaip brūkšninis kodas bakterijoms.
Iš viso jie ištyrė 768 mėginius iš 96 skirtingų 29 organų vietų iš keturių pelių, be gemalų, ir keturių pelių, turinčių normalius mikrobus. Rezultatas buvo visų molekulių, rastų normalios pelės kūne su mikrobais, žemėlapis ir pelių, kuriose nėra mikrobų, molekulių žemėlapis.
Palyginus žemėlapius paaiškėjo, kad 70 proc. Pelės žarnų chemijos lemia jos žarnos mikrobiomas. Net tolimuose organuose, tokiuose kaip gimda ar smegenys, pelėse, turinčiose žarnyno mikrobus, maždaug 20 procentų molekulių buvo skirtingos.
Bakterijos modifikuoja tulžies rūgštis
Sudarę šiuos žemėlapius, tyrėjai pasodino į vieną konkrečią molekulių šeimą, kuri atrodė žymiai skirtinga, kai buvo mikrobai: tulžies rūgštys. Tulžies rūgštis pirmiausia gamina pelės arba žmogaus kepenys, jos padeda virškinti riebalus ir aliejų. Jie taip pat gali perduoti žinutes visame kūne.
Komanda pelėms su normaliomis mikrobiomomis aptiko tulžies rūgščių su anksčiau nežinoma struktūra, bet pelėms, kuriose nėra gemalų. Jau seniai žinoma, kad kepenų fermentai šeimininkams prideda aminorūgštis prie tulžies rūgščių, būtent aminorūgščių gliciną ir tauriną. Tačiau pelėms su normaliais mikrobiomais komanda nustatė, kad bakterijos tulžies rūgštis paženklina kitomis amino rūgštimis – fenilalaninu, tirozinu ir leucinu.
„Per 170 metų buvo paskelbta daugiau nei 42 000 mokslinių tyrimų apie tulžies rūgštis“, – teigė Quinn. „Ir vis dėlto į šias modifikacijas nebuvo atsižvelgta.”
Įtaka žmonių sveikatai
Įdomu, ar žmonėms randamos tos pačios rūšies mikrobų modifikuotos tulžies rūgštys, tyrėjai pasinaudojo jų sukurtu įrankiu – masių spektrometrijos paieškos įrankiu (MASST), norėdami ieškoti 1 004 viešųjų mėginių, analizuotų masės spektrometrija, duomenų rinkinių. Jie taip pat masinės spektrometrijos būdu ištyrė maždaug 3000 išmatų mėginių, pateiktų Amerikos žarnyno projektui – didelėms piliečių mokslo pastangoms, paremtoms UC San Diego medicinos mokykloje.
Štai ką jie rado: unikalių, mikrobomis modifikuotų tulžies rūgščių, kurias tyrėjai pamatė pelėse, taip pat buvo iki 25,3 proc. Visų žmogaus mėginių duomenų rinkiniuose. Šios naujos tulžies rūgštys buvo gausesnės kūdikiams ir pacientams, sergantiems žarnyno uždegiminėmis ligomis ar cistine fibroze.
Vienu būdu tulžies rūgštys gali perduoti žinutes iš žarnų kitoms kūno dalims per specifinius žarnų receptorius, vadinamus farnezoido X receptoriais. Tulžies rūgštys suriša ir aktyvina receptorius, kurie slopina genus, atsakingus už tai, kad būtų daugiau tulžies rūgščių. Receptoriai taip pat padeda reguliuoti kepenų trigliceridų kiekį ir skysčių reguliavimą žarnyne, todėl jie yra svarbūs sergant kepenų ligomis ir galbūt nutukimu. Šiuo metu yra kuriami keli vaistai kepenų ligoms gydyti, aktyvinant farnesoido X receptorius.
Žinoma, laboratorijoje užaugintose pelėse ir žmogaus ląstelėse Dorrestein, Quinn ir komanda nustatė, kad naujai atrastos, mikrobais modifikuotos tulžies rūgštys stipriai stimuliuoja valgė farnesoido X receptorius, mažindami genų, atsakingų už tulžies rūgšties gamybą kepenyse, ekspresiją.
Tyrimas kelia daug klausimų dėl mikrobų vaidmens vedant kepenų ir kitas ligas bei darant įtaką terapinių vaistų, tokių kaip vaistai, nukreipti į farnezoido X receptorius, veiklai.
„Šis tyrimas pateikia aiškų pavyzdį, kaip mikrobai gali įtakoti žmogaus genų raišką“, – teigė Dorrestein. „Tai, ko mes vis dar nežinome, yra pasekmės, kurias tai galėtų turėti, arba tai, kaip mes galime įsikišti, kad pagerintume žmonių sveikatą.”