Mikrober konkurrerer om næringsstoffer, påvirker metabolisme, utvikling hos mus

Anonim

"Gut bakterier får til å bruke mye av maten før vi gjør det, " sier Federico Rey, professor i bakteriologi ved University of Wisconsin-Madison. Så får vi deres rester - eller deres avfall.

Problemet, sier Rey, er at hvis vår mikrobiom overindulgerer, har vi kanskje ikke tilgang til næringsstoffene vi trenger. Det er forslaget fra ny forskning utført av Reys gruppe som viser mus som har høye nivåer av mikrober som spiser kolin, er berøvet dette viktige næringsstoffet. Sammenlignet med mus uten cholin-sultne bakterier, hadde de cholinsultede musene økt følsomhet overfor metabolske sykdommer og fødte pupper med biokjemiske forandringer i hjernen, og det viste mer engstelig oppførsel.

Studien er publisert denne uken (24. august) i Cell Host & Microbe. UW-Madison professor i bakteriologi Daniel Amador-Noguez og forskere fra Harvard University bidro også til arbeidet.

Epigenetisk regulering-dekorering av gener med kjemiske grupper som kontrollerer hvor mye de er uttrykt-ser ut til å understreke virkningene av tarmbakterier som forbruker for mye kolin. Kolin bidrar til bassenget av ressurser som cellene bruker til å gjøre disse modifikasjonene til DNA, og med mindre tilgjengelig kolin kan cellens evne til å modifisere og regulere gener bli svekket. Vev fra leveren til hjernen hadde endret epigenetiske mønstre hos mus med høye nivåer av kolin-spise mikrober.

"Epigenetiske modifikasjoner forandrer hvordan gener uttrykkes, " forklarer Kym Romano, en kandidatstudent i Reys gruppe og en av lederne av den nye forskningen. "Disse endringene er også hva som gjør leveren til leveren og hjertet vårt et hjerte."

Estimater antyder at bare ca 10 prosent av den amerikanske befolkningen, inkludert gravide, oppfyller anbefalt diettinntak av kolin. Næringsbehovet for næringsstoffet øker under graviditeten for å støtte epigenetisk regulering og cellulær helse i det utviklende fosteret, og studier har knyttet sammenkoblet kolindin under graviditet hos mennesker med endret oppførsel hos barn. Kolin finnes i høye mengder i soyabønner, egg, kjøtt, fisk, blomkål, melk og andre matvarer.

For å teste om mikrobiomer kunne konkurrere med sine verter for dette essensielle næringsstoffet, brukte Reys gruppe bakteriefri mus som ble kolonisert med definerte populasjoner av mikrober. Noen mus hadde kolinere; andre hadde lokalsamfunn hvor kolinkonsumet ble forstyrret ved å mutere et enkelt gen.

Da Romano ga musene et høyt fett diett, som induserer en rekke metabolske sykdommer hos mus, tilsatte dyrene med kolin-spise mikrober mer abdominal fett, og hadde fetere lever enn deres motstykker med mikrober som ikke kunne spise kolin.

Siden graviditeten skaper en stor etterspørsel etter kolin, har Reys team også testet effekten av kolin-spiser mikrober i generasjoner. Romano fant at avkom av mus med kolin-spise bakterier hadde endret epigenetiske mønstre i hjernen deres, noe som tyder på problemer med normal utvikling. I mus som var genetisk utsatt for atferdsproblemer, viste de som hadde kolin-spise mikrober mer engstelig oppførsel, som å begrave kuler i sine bur. Mødre viste økt nivå av infanticide og obsessive grooming, også indikativ på økt angst.

"Det er allerede menneskelige studier som viser at cholinmangel er et problem som er viktig for menneskers helse, og hva denne studien virkelig gir, er en mulig mekanisme som dette kan bli forverret, " sier Rey.

Selv om Reys lag mistenker at epigenetisk regulering delvis forklarer de negative effektene av kolin-spiser mikrobiomer, er biproduktet av bakteriell kolinmetabolisme, kjent som TMAO, også knyttet til negative resultater. I sine eksperimenter observert Reys laboratorium mye høyere nivåer av TMAO i musene som var vert for kolin-spise bakterier. Den giftige TMAO kan fungere sammen med forstyrrede epigenetiske mønstre for å lage den lange listen over metabolske og utviklingsmessige forstyrrelser som ses hos disse dyrene.

De toksiske effektene av TMAO-akkumulering kompliserer også mulige diettmidler - mer kolin i kosten kan føre til mer TMAO enn å fikse ernæringsmessige mangler.

Mens dette arbeidet antyder at den komplekse koblingen mellom ernæring, tarmmikrobi og vertsmetabolisme er viktig for helse, er det fortsatt mange spørsmål om hvordan man kan forbedre resultatene, enten hos mus eller mennesker.

"Som et godt vitenskapsprosjekt går, riper vi overflaten på et svar, men åpner opp en million flere dører for å gå gjennom, " sier Romano.

menu
menu