Это ключевой шаг в понимании того, как наш организм поддерживает тесную связь с популяцией кишечных бактерий, которые играют решающую роль в поддержании нашего здоровья, борьбе с инфекциями и переваривании нашей пищи.
Исследование, опубликованное в журнале Cell Reports, показывает, что кишечные бактерии вырабатывают фермент, который изменяет передачу сигналов в клетках, выстилающих кишечник. Фермент также играет еще одну роль в расщеплении компонентов пищи.
«Наше исследование обеспечивает прорыв в понимании того, как бактерии общаются в разных царствах, чтобы влиять на поведение наших собственных клеток, а также на то, как мы перевариваем пищу», — сказал д-р Регис Стенц из IFR, который стратегически финансируется Биотехнологией и биологическими науками.
Исследовательский совет.
Все мы полагаемся на триллионы бактерий в кишечнике, которые расщепляют определенные компоненты нашего рациона. Одним из примеров является фитат, форма фосфора, содержащаяся в злаках и овощах.
Разбитый фитат является источником жизненно важных питательных веществ, но в непереваренной форме он имеет вредные свойства. Он связывается с важными минералами, предотвращая их усвоение организмом, вызывая такие состояния, как анемия, особенно в развивающихся странах. Фитат также приводит к избыточному вымыванию фосфора в почву из отходов сельскохозяйственных животных, и для минимизации этого используются кормовые добавки.
Но, несмотря на важность фитата, мы очень мало знаем о том, как он расщепляется в нашем кишечнике.
Чтобы решить эту проблему, доктор Стенц и его коллеги провели скрининг геномов сотен различных видов кишечных бактерий. Они обнаружили у одного из самых известных видов кишечных бактерий фермент, способный расщеплять фитат. В сотрудничестве с коллегами из Norwich Research Park из Университета Восточной Англии они кристаллизовали этот фермент и решили его трехмерную структуру. Затем они охарактеризовали фермент, показав, что он очень эффективен при переработке фитата в питательные вещества, в которых нуждается организм.
Бактерии упаковывают фермент в небольшие « клетки », называемые везикулами внешней мембраны (OMV), которые позволяют фитату перерабатывать питательные вещества, но предотвращают его разрушение нашими собственными ферментами, расщепляющими белок. Это высвобождает питательные вещества, в частности фосфаты и инозит, которые могут усваиваться нашим собственным телом, а также бактериями.
Работая с профессором Стивеном Ширсом, экспертом по передаче фосфатных сигналов из Национального института здравоохранения США, исследователи показали, что OMV, содержащие фермент, влияют на передачу сигналов кальция эпителиальными клетками толстой кишки.
Клетки используют кальциевую сигнализацию для регулирования различных видов внутренней активности. Это говорит о том, что бактерии используют ферменты, упакованные в OMV, для непосредственного взаимодействия с нашими клетками и влияния на их поведение, что является примером коммуникации между разными царствами. OMV наблюдались у патогенных бактерий, стремящихся вторгнуться в клетки-хозяева, но это первый пример, который приносит пользу как хозяину, так и бактериям.
«Обнаруженный нами фермент выполняет двойную роль: он обеспечивает пищевые питательные вещества, а также влияет на поведение клеток-хозяев», — сказал профессор Саймон Кардинг, возглавляющий исследования IFR по здоровью кишечника. "Это открывает ряд очень интересных областей исследования."
Раскрытие того, как мы расщепляем фитат, улучшит наше понимание того, как мы поддерживаем здоровье, и, возможно, откроет новые возможности для уменьшения его воздействия на усугубление недоедания.
Исследователи заинтересованы в том, чтобы увидеть, насколько хорошо этот новый фермент сравнивается с существующими кормовыми добавками, полученными из грибов, в предотвращении проблемы избытка фосфора в отходах сельскохозяйственных животных.
Соавтор доктор Чарльз Брирли из школы биологических наук UEA сказал: «Добавление ферментов, в том числе фитаз, в корм для животных — это мировая индустрия с оборотом 725 миллионов долларов.
Промышленная биотехнология, включая процессы, с помощью которых создаются ферменты, такие как фитазы, является приоритетом BBSRC."
«Наши текущие исследования здесь, в UEA, направлены на изучение трехмерной структуры этой новой фитазы и подробный анализ деградации фитата. Мы уверены, что это будет иметь большое значение для помощи в разработке завтрашних ценных ферментов для кормов для животных."
Команда IFR также хочет исследовать роль этих бактериальных ферментов в коммуникации между царствами, чтобы выяснить последствия изменений передачи сигналов кальция. Выстилка кишечника очень динамична и содержит стволовые клетки, которые дают начало ряду различных типов клеток, которые помогают поддерживать кишечник в здоровом состоянии. Кишечные бактерии играют роль в поддержании этого здорового состояния, а их отвлечение вызывает ряд заболеваний.
Знание того, как бактерии общаются с нами, открывает новые возможности для дальнейшего изучения этого вопроса.
"Это отличный пример того, как многопрофильные исследования Норвичского исследовательского парка раскрыли одну из самых больших загадок здоровья кишечника — как полезные бактерии взаимодействуют с клетками человека. "прокомментировал профессор Кардинг IFR, который также является профессором иммунитета слизистой оболочки в UEA. «Мы привлекаем мировых лидеров в этой области, чтобы они работали с нами, что является реальным подтверждением нашего совместного опыта."