Учёные раскрыли новый механизм взаимодействия среды, микробов и организма-хозяина
Исследователи из Медицинского колледжа Бейлора обнаружили новый механизм, показывающий, как микробы могут изменять физиологию организмов, в которых они живут. В статье, опубликованной в Nature Cell Biology, учёные раскрывают, как микробы, живущие внутри лабораторного червя C. elegans, реагируют на изменения окружающей среды и генерируют сигналы, изменяющие способ хранения липидов у червя.
"Взаимодействие микробов и хозяина известно давно, но конкретные молекулярные механизмы, опосредующие эти взаимодействия, в значительной степени были неизвестны", — сказал старший автор доктор Мэн Ван. "Микробы, живущие внутри другого организма, могут реагировать на изменения в окружающей среде, изменять молекулы, которые они производят, и, следовательно, влиять на нормальную работу организма хозяина, включая восприимчивость к болезням".
В этом исследовании Ван и первый автор доктор Чи-Чун Лин впервые изучили молекулярный механизм, с помощью которого бактерии E. coli могут регулировать накопление липидов у C. elegans.
Как E. coli изменяет накопление липидов у C. elegans
C. elegans — это лабораторная модель червя, которую учёные используют для изучения основных биологических механизмов в здоровье и болезни.
В исследовании сравнивали две группы червей. Одна группа получала бактерии, выращенные в питательной среде. Другая группа получала тот же тип бактерий, но выращенных в бедных питательными веществами условиях. Обе группы червей получали одинаковое количество и тип питательных веществ; единственным отличием была среда, в которой выращивали бактерии.
Интересно, что у червей, несущих бактерии из бедной питательными веществами среды, количество жира в организме было в два раза больше, чем у червей с бактериями из богатой среды.
Дальнейшие эксперименты показали, что именно отсутствие аминокислоты метионина в бедной среде заставило бактерии адаптироваться, производя различные соединения. Это запустило каскад событий у червя, приведший к дополнительному накоплению жира. Кроме того, в тканях с избыточным накоплением жира наблюдалась фрагментация митохондрий, чья активность тесно связана с метаболизмом.
Механизм, раскрывающий неожиданные связи
Исследователи обнаружили, что бактерии смогли вызвать фрагментацию митохондрий и последующее накопление липидов, потому что молекулярные промежуточные соединения, запущенные бактериями, позволили им "установить связь" с митохондриями.
"Мы впервые нашли доказательства того, что бактерии и митохондрии могут "разговаривать друг с другом" на метаболическом уровне", — сказал Ван.
Бактерии и митохондрии — это далёкие родственники. Эволюционные данные убедительно свидетельствуют, что митохондрии произошли от бактерий. Интересно, что молекулы, генерируемые бактериями, могут встраиваться в коммуникацию между митохондриями и регулировать баланс их слияния и деления.
Некоторые компоненты этого общего "языка" включают белки, такие как NR5A, Patched и Sonic Hedgehog. Последний представляет особый интерес, поскольку ранее не был вовлечён в регуляцию липидного обмена и динамики митохондрий.
"Микробы в микробиоме могут влиять на многие аспекты функций своего хозяина, и здесь мы представляем новый молекулярный механизм, опосредующий общение микробов и хозяина", — заключил Ван.