Исследования говорят нам, что комменсал или "хороший" бактерии, населяющие наш кишечник, помогают регулировать метаболизм. Новое исследование плодовых мушек, опубликованное 21 июня в журнале Cell Metabolism, показывает один удивительный способ, которым они это делают.
Исследование, проведенное Паулой Уотник, доктором медицины,.D., отдела инфекционных заболеваний Бостонской детской больницы, показывает, что врожденные иммунные пути, наиболее известные как наша первая линия защиты от бактериальной инфекции, имеют не менее важную подработку.
В кишечнике пищеварительные клетки используют врожденный иммунный путь для ответа на вредные бактерии. Но другие кишечные клетки, энтероэндокринные клетки, используют тот же путь, известный как IMD, для ответа на "хороший" бактерии – путем точной настройки метаболизма организма в соответствии с диетой и кишечными условиями.
"Некоторые механизмы врожденного иммунитета связаны не только с врожденным иммунитетом," говорит Уотник. "Врожденные иммунные пути также слушают «хорошие» бактерии и метаболически реагируют на них."
Метаболический синдром, ожирение печени у мух
Уотник и ее коллеги знали из своих предыдущих исследований, что бактерии, живущие в кишечнике мух, вырабатывают короткоцепочечную жирную кислоту, ацетат, который необходим для собственного липидного обмена мух и передачи сигналов инсулина. Мухи без бактерий в кишечнике (и, следовательно, без ацетата) накапливают капли жира в пищеварительных клетках. Лаборатория Норберта Перримона, доктора философии.D., в Гарвардской медицинской школе ранее обнаружили аналогичные жировые капли у мух, энтероэндокринные клетки которых не содержали тахикинина, инсулиноподобного белка, важного для роста, метаболизма липидов и передачи сигналов инсулина.
"Когда возникает проблема с обработкой глюкозы или липидов, жиры застревают в этих каплях в клетках, которые не предназначены для хранения жира," она говорит.
В новом исследовании снова использовались дрозофилы, которых легко разводить и манипулировать генетически, и у которых в кишечнике есть типы клеток, очень похожие на человеческие. Когда Уотник и его коллеги исследовали мух с мутациями в пути врожденного иммунитета IMD, они снова увидели капли жира в их кишечнике.
Уотник считает, что эти жировые капли, вызванные потерей кишечных бактерий, потерей тахикинина или потерей врожденного иммунного пути, эквивалентны ожирению печени. Их накопление является признаком того, что организм не может должным образом усваивать углеводы и жиры. По сути, Уотник считает, что у этих мух метаболический синдром, обычно связанный с ожирением и диабетом 1 типа.
Определение роли иммунной системы в метаболизме
Как связаны кишечные бактерии, врожденная иммунная система и метаболизм? С помощью серии экспериментов команда начала выяснять, как именно бактерии оказывают свое метаболическое влияние. Они показали, что:
"Мы знаем, что бактерии контролируют наш метаболизм, но никто не осознавал, что бактерии взаимодействуют с сигнальными путями врожденного иммунитета в энтероэндокринных клетках," говорит Уотник. "Возможно, эти пути действительно представляют собой систему, которая позволяет клеткам распознавать бактерии по разным причинам."
Двустороннее взаимодействие
Исследование также показало, что активация врожденного иммунного пути в энтероэндокринных клетках важна для нормального роста и развития мух. Когда Уотник и его коллеги инактивировали этот путь, у них появились мухи с задержкой роста. Кормление мух ацетатом или прямая реактивация врожденного иммунитета заставляли их снова расти.
Хотя Уотник теперь хотел бы подтвердить эти результаты на модели млекопитающих, в исследовании дополнительно намечено двустороннее взаимодействие между нашим микробиомом и метаболизмом. Хорошие бактерии сбраживают питательные вещества в нашем рационе и выделяют короткоцепочечные жирные кислоты, такие как ацетат, которые помогают нам оптимизировать использование и хранение питательных веществ. Патогенный "плохой" бактерии делают обратное: они потребляют жирные кислоты, препятствуя нормальному метаболизму. Дисбаланс в нашем кишечном микробиоме был связан с ожирением и иногда способствует недоеданию. (Подробнее в этой всеобъемлющей обзорной статье, написанной Уотником совместно с членами лаборатории Адамом Вонгом и Одри Ванхове).
А поскольку ацетат образуется в процессе ферментации, Уотник и его коллеги предполагают, что употребление большего количества сбраживаемых углеводов может повысить уровень ацетата и способствовать хорошему метаболизму. Они предполагают, что такие продукты могут помочь противодействовать дисбалансу кишечных бактерий, например, вызванному длительным употреблением антибиотиков.