Изследователското сътрудничество хвърля светлина върху отговора на бактериите към метаболизма на захарта

В продължение на години изследователите са изучавали как микробиомът на тялото влияе на почти всички аспекти на човешкото здраве, вариращи от имунната система до психическото здраве. Неотдавнашно проучване, ръководено от мултиинституционален изследователски екип, включително Университета в Мериленд, няколко институции в Южна Корея и Университета Пърдю, хвърля нова светлина върху това как храната, която ядем, може да повлияе на биохимичните сигнални процеси в чревния микробиом.

влияе

Изследването, публикувано в Science Advances, е едно от първите, които свързват това, което ядем - и генерирането на глюкоза - с бактериален процес на сигнализация, известен като "кворум усещане". Този процес включва синтеза на малки сигнални молекули, наречени автоиндуктори (AI), които се секретират от отделни бактерии, но служат за координиране на техните реакции. След като нивото на AI достигне праг - сигнализирайки за "кворум" от клетки - AI сигналите се транспортират вътреклетъчно, където активират генната експресия и позволяват координирани фенотипни отговори.

Това последно проучване идентифицира нови връзки между активността на чувствителността на кворума и метаболизма на захарта в червата, използвайки AI-2, автоиндуктор, секретиран от голямо разнообразие от бактерии, каза Уилям Е. Бентли, UMD Fischell Department of Bioingineering (BIOE) за професор по биологични науки и биотехнологични изследвания (IBBR). Бентли, който също ръководи UMD Robert E. Fischell Institute for Biomedical Devices, е кореспондент на статията, заедно с Kyoung-Seok Ryu (Корейски основен научен институт) и Herman O. Sintim (University Purdue).

Бактериите използват така наречената фосфоенолпируват-зависима захарна фосфотрансферазна система (PTS) за усвояване на захари, включително глюкоза и фруктоза. По-специално в Е. coli, фосфоносещият протеин, известен като HPr, играе жизненоважна роля при осъществяването на транспорта на захар.

AI-2 сигнализирането разчита на ензим, известен като LsrK, за своето фосфорилиране - процес, при който ензимите се активират за регулиране на протеиновата функция в клетката. Често биологичните процеси на сигнализиране използват това, което е известно като механизъм на фосфорелай, за да променят поведението.

Интердисциплинарният и трансихоокеански изследователски екип откри, че LsrK се свързва с HPr, което показва, че кворум-усещащата комуникация между клетки и клетки е силно повлияна от нивото на глюкозата.

„HPr вече беше известно, че регулира използването на глюкоза, така че тази част от уравнението беше известна“, каза Синтим. "Но сега добавихме, че това също регулира определянето на кворума."

Казано по-просто, констатациите на групата предполагат, че храната, която ядем - и произтичащото от това ниво на глюкоза в стомашно-чревния тракт - могат да повлияят на видовете сигнали, с които микробиомът се сблъсква, а също така изпраща към други части на тялото.

"Нашата група работи заедно от няколко години и дългосрочната ни цел е да изясни молекулярните комуникационни пътища, които управляват физиологичните процеси и свързват бактериите с човешките клетки", каза Бентли. "В биологията трансферът на информация - и начинът, по който организмите функционират - зависи изцяло от" комуникиращите "молекули, които движат информацията напред-назад между клетките и тъканите." Разговорите "между бактериите и човешките клетки са сложни, но жизненоважни. Изследвания като тези ще формират основата за нови антимикробни терапии и дори биха могли да оформят хранителни планове и режими на упражнения за подобряване на човешкото здраве.