Темная материя микробов может влиять на уровень холестерина в организме человека
В самых темных уголках мира, где свет не может заслонить непостижимую щедрость звезд, посмотрите вверх. По-прежнему меньше пятнышек, освещающих вселенную, чем бактерий в мире, скрытых от глаз, целая вселенная внутри одного человеческого кишечника.
Известно множество видов, например E. coli , но многие другие, иногда называемые «темной материей микробов», остаются неуловимыми.
Мы знаем, что он есть, потому что он влияет на все вокруг »
Дуг Кенни, доктор философии кандидат в Высшую школу искусств и наук
Кенни является соавтором нового исследования в журнале Cell Host and Microbe , которое проливает свет на темную материю микробов: вид кишечных бактерий, которые могут влиять на уровень холестерина у людей.
«Метаболизм холестерина этими микробами может играть важную роль в снижении концентрации холестерина в кишечнике и сыворотке крови, напрямую влияя на здоровье человека», — сказала Эмили Бальскус, профессор химии и химической биологии Гарвардского университета и соавтор. с Рамником Ксавьером, основным сотрудником Broad, со-директором Центра информатики и терапии Массачусетского технологического института и исследователем в Массачусетской больнице общего профиля. Недавно обнаруженные бактерии смогут помочь людям управлять уровнем холестерина с помощью диеты, пробиотиков или новых методов лечения, основанных на индивидуальных микробиомах.
По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний (CDC), в 2016 году более 12 процентов взрослого населения США в возрасте от 20 лет и старше имели высокий уровень холестерина, что является фактором риска основной причины смерти в стране: сердца. болезнь. Только половина из этой группы принимает лекарства, такие как статины, для контроля уровня холестерина; Хотя такие препараты являются ценным инструментом, они работают не для всех пациентов и, хотя и редко, могут иметь побочные эффекты.
«Мы не ищем серебряную пулю для решения проблемы сердечно-сосудистых заболеваний, — сказал Кенни, — но есть еще один орган, микробиом, другая система, которая может регулировать уровень холестерина, о которой мы еще не думали. . »
Отстойник для свиней
С конца 1800-х годов ученые знали, что что-то происходит с холестерином в кишечнике. За десятилетия работа приблизилась к ответу. Одно исследование даже нашло доказательства того, что бактерии, потребляющие холестерин, живут в лагуне сточных вод для свиней. Но эти микробы предпочитали жить в свиньях, а не в людях.
Предыдущие исследования похожи на дело с уликами (одна лаборатория 1977 года даже выделила контрольный микроб, но образцы были потеряны). Одна из важных подсказок — копростанол, побочный продукт метаболизма холестерина в кишечнике. «Поскольку микроб лагуны сточных вод свиней также образовывал копростанол, — сказал Бальскус, — мы решили идентифицировать гены, ответственные за эту активность, надеясь, что мы сможем найти похожие гены в кишечнике человека».
Тем временем Дамиан Плихта, ученый-вычислитель из Института Броуда и соавтор с Кенни, искал подсказки в наборах данных о людях. По его словам, сотни видов бактерий, вирусов и грибков, обитающих в кишечнике человека, еще предстоит выделить и описать. Но так называемая метагеномика может помочь исследователям обойти шаг: вместо того, чтобы сначала определить местонахождение определенного вида бактерий, а затем выяснить, что он может сделать, они могут проанализировать богатство генетического материала, обнаруженного в микробиомах человека, чтобы определить, какие возможности эти гены кодируют.
Пличта сравнил массивные данные генома микробиома с образцами стула человека, чтобы определить, какие гены соответствуют высоким уровням копростанола. «Из этого огромного количества корреляций, — сказал он, — мы увеличили внимание к нескольким потенциально интересным генам, которые мы могли бы затем продолжить». Между тем, после того, как Бальскус и Кенни секвенировали весь геном бактерии свиней, потребляющих холестерин, они собрали данные и обнаружили похожие гены: сигнал о том, что они приближаются.
Человеческая связь
Затем Кенни сузил круг поиска. В лаборатории он вставил каждый потенциальный ген в бактерии и проверил, что делает ферменты расщепляющими холестерин на копростанол. В конце концов, он нашел лучшего кандидата, которого команда назвала геном кишечного метаболизма стероидов A (IsmA).
«Теперь мы можем соотнести наличие или отсутствие потенциальных бактерий, у которых есть эти ферменты, с уровнями холестерина в крови, полученными у тех же людей», — сказал Ксавьер. Используя наборы данных микробиома человека из Китая, Нидерландов и США, они обнаружили, что у людей, несущих ген IsmA в своем микробиоме, уровень холестерина в стуле на 55–75 процентов ниже, чем у людей без него.
«Те, у кого есть эта ферментативная активность, в основном имеют более низкий уровень холестерина», — сказал Ксавьер.
Это открытие, по словам Ксавьера, может привести к появлению новых терапевтических средств, таких как «биотический коктейль» или прямая доставка ферментов в кишечник, которые помогут людям контролировать уровень холестерина в крови. Но вначале предстоит проделать большую работу: команда, возможно, определила решающий фермент, но им все равно нужно изолировать ответственный микроб. Им нужно доказать не только корреляцию, но и причинно-следственную связь — что микроб и его фермент напрямую ответственны за снижение уровня холестерина у людей. И им необходимо проанализировать, какое влияние копростанол, побочный продукт реакции, оказывает на здоровье человека.
«Это не значит, что завтра мы получим ответы, но у нас есть план, как это сделать», — сказал Ксавьер.
