Badania mikrobiomu do tej pory skupiały się przede wszystkim na składzie mikrobioty, a dopiero od niedawna naukowcy zaczęli poszukiwać odpowiedzi na pytanie w jaki sposób pożyteczne mikroorganizmy pomagają swoim gospodarzom.
Naukowcy z Emory University School of Medicine wykazali w jaki sposób czynnik transkrypcyjny Nrf2, obecny zarówno u owadów jak i u ssaków, reaguje na obecność bakterii i przygotowuje je do ochronnej odpowiedzi na niekorzystne zmiany środowiska zewnętrznego. Odkrycie to może przyczynić się do wykorzystania bakterii w leczeniu chorób jelit lub łagodzenia skutków ubocznych radioterapii.
„Reakcja organizmu na bakterie często jest postrzegana przez pryzmat układu immunologicznego. Szlak, który zidentyfikowaliśmy nie jest związany z procesem zapalnym czy immunoregulującym, ale raczej z cytoprotekcją, czyli ochroną komórek”, mówi autor badania Andrew Neish, profesor patologii i medycyny laboratoryjnej z Emory University School of Medicine.
„Podczas gdy wiele gatunków bakterii bytujących w naszych jelitach jest obojętnych lub nieszkodliwych dla naszych komórek, to bakterie kwasu mlekowego mogą stymulować perystaltykę jelit, proliferację (namnażanie się komórek) oraz odporność na czynniki negatywne. Bakterie z rodzaju Lactobacillus obecne w jogurcie, są również pierwszymi drobnoustrojami kolonizującymi organizm dziecka zaraz po narodzeniu”, dodaje Neish.
Współpracujący z Neish’em zespół Rheinallta Jones’a, profesora pediatrii, odkrył, że jedynie laseczki kwasu mlekowego potrafią chronić muszki owocowe (wcześniej pozbawione bakterii) przed działaniem parakwatu, toksycznego herbicydu. Podobnie, podawanie samych lactobacillusów jałowym myszom zapobiega utratom masy ciała i śmierci po ekspozycji na promieniowanie radioaktywne.
W jelitach, zarówno muszek jak i myszy, laseczki kwasu mlekowego włączały szereg genów, aktywując szlaki, w których uczestniczy białko Nrf2. W przypadku gdy zwierzęta posiadały mutację odpowiedzialną za blokowanie czynnika Nrf2, efekt ochronny ze strony bakterii nie był widoczny.
Nrf2 jest częścią szlaku komórkowego zaangażowanego w ochronę komórek przed zagrożeniami zewnętrznymi takimi jak toksyny lub substancje rakotwórcze i reaguje na obecność reaktywnych form tlenu (RFT). Zarówno parakwat jak i promieniowanie radioaktywne generują RFT.
„Wydaje się, że niewielkie ilości RFT pomagają komórkom przygotować się na zagrożenie. Jest to przykład hormezy, czyli zjawiska, w którym niewielkie ilości czynników szkodliwych przygotowują organizm by poradził sobie później z ich większymi ilościami”, mówi Jones.
Wcześniejsze badania Jones’a i Neish’a ujawniły, że laseczki kwasu mlekowego stymulują komórki nabłonka jelit do produkcji RFT, który jest kluczowym sygnałem do gojenia się ran. W artykule opublikowanym w czasopiśmie Cell Reports badacze wykazali, że po usunięciu z jelit myszy enzymu Nox1 (który wytwarza RFT w obecności bakterii) radioprotekcyjny wpływ lactobacillusów przestaje być obserwowany.
Badanie sugeruje, że Nrf2, choć nie jest jedynym czynnikiem transkrypcyjnym stymulowanym przez korzystne bakterie, to jego szlak jest bardziej utrwalony niż inne sygnały pobudzane przez bakterie, oraz, że prawdopodobnie rozwinął się on jako mechanizm ko-ewolucji bakterii z organizmami wyższymi.
Jones i Neish pracują także nad znalezieniem genetycznego znaku rozpoznawczego wspólnego dla różnych gatunków bakterii stymulujących RTF i Nrf2. Ich praca może pomóc innym badaczom w określeniu, które bakterie mogą zostać wykorzystane w leczeniu oraz ewentualnie jak zastąpić wpływ bakterii środkami syntetycznymi.
Aby usprawnić rozwój tej gałęzi nauki, Jones utworzył ośrodek dla zwierząt gnotobiotycznych (celowo zasiedlonych jednym lub kilkoma wybranymi szczepami mikroorganizmów), który umożliwi naukowcom prowadzenie badań na zwierzętach zasiedlonych tylko jednym, specyficznym gatunkiem bakterii.
Źródło:
- Rheinallt M. Jones, Chirayu Desai, Trevor M. Darby, Liping Luo, Alexandra A. Wolfarth, Christopher D. Scharer, Courtney S. Ardita, April R. Reedy, Erin S. Keebaugh, Andrew S. Neish. Lactobacilli Modulate Epithelial Cytoprotection through the Nrf2 Pathway. Cell Reports, August 2015
- Emory Health Sciences. „How beneficial bacteria protect intestinal cells: Ancient reactive oxygen-activated circuit in insects and mammals.” ScienceDaily, 13 August 2015.
- photo: Ed Uthman, Normal Small Intestine Mucosa