Потенциальная стратегия – который предназначается для метаболических путей, которые активны только во время воспаления кишечника – предотвращенное или уменьшенное воспламенение в модели мыши колита, не проявляя очевидного эффекта у животных контроля со здоровым, уравновесила бактериальное население, сказал доктор Себастьян Винтер, доцент Микробиологии и co-corresponding автор исследования издали онлайн сегодня по своей природе.«Наши результаты служат концептуальной основой для того, чтобы точно изменить бактериальные разновидности, которые выравнивают пищеварительный тракт, чтобы уменьшить воспламенение, связанное с безудержным быстрым увеличением бактерий, замеченных при колите и других формах воспалительного заболевания кишечника [IBD]», сказал он.«Мы подчеркиваем, что это – исследование доказательства понятия, в который форма вольфрама, хэви-метал, который опасен в больших дозах, использовался. Никогда не безопасно глотать тяжелые металлы.
Теперь, когда у нас есть цель препарата [бактериальный путь], наша цель состоит в том, чтобы найти безопасную терапию, которая проявляет подобный эффект», добавил доктор Винтер, Ученый В.В. Кэрата младшего в Биомедицинском Исследовании в Юго-западном UT.
Как заводы в саду, разнообразное население микробов, которые обычно выравнивают кишечный тракт, названный микробиоматерией, важно для здоровья человека. Они помогают в вываривании, обучают иммунную систему и парируют инфекции.
Однако, когда микробное население становится неуравновешенным, эти в других отношениях выгодные бактерии становятся ответственностью, подобной садовым растениям, которые становятся агрессивными и выставляют конкурирующие разновидности, объяснил он.Одно из главных препятствий в понимании биологии микробиоматерии пищеварительного тракта является своим обширным разнообразием. В людях сотни различных видов бактерий найдены в кишечном тракте, и состав разновидностей варьируется замечательно между людьми.Изменения в составе микробиоматерии пищеварительного тракта замечены при многих человеческих болезнях такой IBD, хроническое, пожизненное воспалительное заболевание, которое включает болезнь Крона и язвенный колит.
Центры по контролю и профилактике заболеваний оценивают, что по крайней мере 1 миллион взрослых в Соединенных Штатах затронут IBD. У условия в настоящее время нет лечения или предотвращения. Изменения в микробиоматерии пищеварительного тракта также происходят при диабете 2 типа, раке толстой кишки, связанной с ВИЧ болезни кишечника и necrotizing энтероколите, замеченном в определенных недоношенных детях, сказал доктор Винтер.Некоторые бактерии в микробиоматерии пищеварительного тракта, которые связаны с воспалительными заболеваниями, являются теми в семье Enterobacteriaceae.
Члены той семьи, включая непатогенный E. coli (кишечная палочка), присутствуют в небольшом количестве в здоровом пищеварительном тракте и защищают от заражения болезнетворными микроорганизмами, такими как Сальмонелла, частая причина пищевого отравления.Однако в пациентах IBD и в моделях мыши колита, разновидности Enterobacteriaceae растут неудержимо, сказал доктор Вэньхань Чжу, автор co-лидерства и постдокторский исследователь в Зимней лаборатории.
В недавней работе, изданной в Хозяине Клетки & Микробе, Зимняя лаборатория сообщила, что путь члены семьи Enterobacteriaceae производят клеточную энергию для роста и получают питательные вещества, отличается от других бактерий пищеварительного тракта. Они, кажется, используют уникальные метаболические уловки, чтобы питать их чрезмерно быстрый рост и выставить конкурирующие выгодные бактерии пищеварительного тракта во время болезни.
«Эти пути уникальны в том смысле, что они только присутствуют у определенных бактерий и только функционируют во время воспаления пищеварительного тракта. Та ситуация представила возможность для рационального дизайна стратегий профилактики и лечения условий, связанных с воспалением пищеварительного тракта, таких как IBD», объяснил доктор Винтер.То наблюдение привело к текущему исследованию по своей природе, которое использовало форму вольфрама хэви-метала, чтобы запретить метаболические уловки болезнетворного микроорганизма.
«Полная идея состоит в том, что вольфрам бросил рывок в способ, которым Enterobacteriaceae производят энергию, замедляя рост патогенных бактерий во время вспышек воспламенения», сказал доктор Чжу.Исследователи нашли, что вольфрам поднят бактериями и непреднамеренно включен в важный бактериальный кофактор.
Получающийся отравленный кофактор не функционирует правильно и пускает под откос способность Enterobacteriaceae произвести энергию в воспаленном пищеварительном тракте. В моделях мыши, пероральном приеме вольфрамата, разрешимая вольфрамовая соль, в питьевой воде выборочно предотвратила цветок Enterobacteriaceae в пищеварительном тракте, сказали они.
Соседние выгодные бактерии были незатронуты, по-видимому потому что их производящий энергию метаболизм не полагается на тот конкретный кофактор.«Стоит отметить, что наша стратегия только запрещает цветок Enterobacteriaceae во время воспаления кишечника, не избавляясь от них полностью. Это открытие важно, потому что в надлежащих отношениях, Enterobacteriaceae также выполняют роль сопротивления колонизации бактериальными болезнетворными микроорганизмами», сказал доктор Винтер. «Поэтому управление цветком этих бактерий во время эпизодов воспламенения предпочтительно для удаления их от системы полностью».
Хотя экспериментальные данные недостаточны, долго предполагалось, что изменения в составе микробиоматерии пищеварительного тракта могут ухудшить болезнь, сказал доктор Винтер.В этом исследовании лечение вольфрамата в моделях мыши колита переместило микробиоматерию пищеварительного тракта к более нормальному состоянию с точки зрения баланса бактериальных разновидностей и также уменьшило воспаление пищеварительного тракта, отчет исследователей. Лечение вольфрамата не вылечило болезнь, но это улучшило полное здоровье животных.
«Мы только использовали вольфрам в экспериментах ‘доказательства понятия’, чтобы определить потенциальную молекулярную цель, и мы все еще далеки от превращения этого основного открытия в терапевтическое лечение в пациентах», сказал доктор Винтер. Воздействие вольфрама – хэви-метал – может потенциально иметь серьезные отрицательные эффекты, такие как неврологический и репродуктивный вред, добавил он.
Традиционные терапевтические подходы сосредотачиваются на рассмотрении человеческого хозяина. Но эти последние результаты дают надежду, что в принципе может быть возможно запрячь нормальные бактерии пищеварительного тракта, чтобы достигнуть положительного результата для хозяина, например тщательно регулировав функцию и состав микробиоматерии пищеварительного тракта во время воспаления пищеварительного тракта, объяснил доктор Винтер.«Когда врачи используют антибиотики широкого спектра действия, цель состоит в том, чтобы уничтожить как можно больше бактерий. Если пациент обнаружится в клинике очень плохо и нет никакого времени, чтобы определить определенный болезнетворный микроорганизм, антибиотики широкого спектра действия будут использоваться», сказал доктор Винтер. «Эффекты антибиотиков широкого спектра действия на микробиоматерии пищеварительного тракта разрушительные.
Это похоже на использование факела в цветнике и надежде, что, как только Вы убиваете сорняки, цветы будут цвести.«В нашем случае мы нашли способ предназначаться только для одного семейства бактерий, Enterobacteriaceae, и только во время воспламенения», сказал он. «Больше исследования необходимо, чтобы найти потенциальные методы лечения для человеческой болезни, но это – многообещающий первый шаг».
Соавторы UTSW включают: автор Co-лидерства Мария Винтер, научный сотрудник; доктор Луизелла Спига, постдокторский исследователь; посещение товарища Лайзы Баттнер; аспиранты Элизабет Хьюз и Кэролайн Джиллис, вся Микробиология; доктор Брек Дуеркоп, Преподаватель, Иммунология; Кэсси Берендт, лаборант-исследователь, Иммунология; доктор Лора Хупер, профессор и Председатель Иммунологии с назначениями в Микробиологии и в Центре Генетики Защиты Хозяина, Следователя HHMI и держателя Джонатана В. Ухра, Доктора медицины Выдающийся Стул в Иммунологии, и Нэнси Каин и Джеффри А. Маркус Шолэр в Медицинском Исследовании, в честь доктора Билла С. Вауэлла; доктор Луис Сифуентес-Домингес, Преподаватель Педиатрии; доктор Кайчи Уфф-Хардиья, клинический товарищ, внутренняя медицина в Подразделении Пищеварительных и Заболеваний печени; доктор Эндрю Кох, Адъюнкт-профессор Педиатрии и Микробиологии и в Гарольде К. Симмонс Всесторонний Онкологический центр, а также директор по Педиатрической Пересадке Стволовых клеток Hematopoietic в Детском здоровье; и доктор Эзра Бурштейн, профессор внутренней медицины и Молекулярной биологии и Руководителя Подразделения Пищеварительных и Заболеваний печени. Исследователи из Калифорнийского университета, Дэвис и Темпльский университет в Филадельфии также участвовали.
Исследование было поддержано Сервисными грантами Здравоохранения Национальных Институтов Здоровья, валлийским Фондом, HHMI, американским Противораковым обществом и Фондом Крона и Колита. У инвесторов не было роли в дизайне исследования, сборе данных или интерпретации.