Кишечному симбионту Bacteroides thetaiotaomicron оказалось вредно много сладкого
Американские исследователи решили посмотреть как рацион с избытком моносахаридов влияет на Bacteroides thetaiotaomicron — комменсального симбионта, который живет в кишечнике у людей и многих животных. Оказалось, что при избытке фруктозы и глюкозы он плохо растет, поскольку эти сахара блокируют производство необходимого для колонизации кишечника белка. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
В последние десятилетия потребление сахара на душу населения сильно выросло. Обилие сладостей сильно меняет нашу жизнь (в том числе к худшему), и ученые продолжают находить этому новые подтверждения. Во многих продуктах содержится много простых сахаров — коротких быстроусвояемых молекул, к которым в частности относятся сахароза (обычный магазинный сахар) и глюкоза с фруктозой. Последние попадают к нам в организм как в чистом виде, так и получаются при переваривании сахаров-предшественников.
В лаборатории Эдуардо Гройсмана (Eduardo A. Groisman) в Йельском университете решили посмотреть как избыток простых сахаров в еде отражается на микробиоме кишечника. В качестве подопытных животных взяли мышей, а модельной бактерией избрали Bacteroides thetaiotaomicron — типичную для здорового кишечника бактерию. Эти бактерии специализируются на переработке длинных сложных полисахаридов, недоступных для переваривания хозяином. Они живут в толстой кишке, куда простые моносахариды вроде глюкозы или фруктозы «доезжают» в остаточных количествах, усваиваясь в основном еще в тонком кишечнике. Тем не менее, учитывая возрастающее потребление высокоуглеводной пищи западными популяциями исследователи предположили, что простые сахара все-таки могут повлиять на жизнь этой бактерии.
Для начала исследователи сравнили содержимое слепой кишки мышей, сидящих на диетах с преобладанием глюкозы/сахарозы и полисахаридов. Оказалось, что при соблюдении первой диеты уровень фруктозы в слепой кишке был примерно в три раза выше. Глюкозы не оказалось в обоих случаях, но на сладкой диете обнаружились ее сахара-предшественники. Это свидетельствует в пользу того факта, что диета может влиять на количество простых сахаров, попадающих в толстый кишечник.
В мышах для успешной колонизации кишечника B. thetaiotaomicron необходим белок Roc (regulator of colonisation). Известно, что у дефектных по этому гену бактерий не получается заселить стерильный кишечник мышей, сидящих на богатой полисахаридами диете. В то же время, если в диете преобладают простые сахара, подобной проблемы у бактерии не возникает. В этой работе исследователи выяснили, что количество белка Roc сильно снижается если выращивать бактерий на средах с глюкозой и фруктозой, тогда как в присутствии других моносахаров (например маннозы) этого не происходит. При этом ген Roc активен в обоих случаях, то есть блокировка синтеза происходит уже после начала транскрипции. Выяснилось, что за специфическую реакцию на глюкозу и фруктозу отвечает небольшой участок синтезированной РНК, расположенный между местом посадки рибосомы и стартовым кодоном. В качестве заключительного доказательства исследователи сделали штамм бактерии, где этот участок был заменен, и попробовали заселить им кишечник мышей. Мутантный B. thetaiotaomicron успешно его колонизировал вне зависимости от того на какой диете сидели мыши — легко- или сложноугдеводной.
Таким образом ученые показали, что большое количество сахара и его производных в еде может сказаться на микробиоме кишечника и разобрали как именно это происходит на примере B. thetaiotaomicron. О том, как еще диеты с неправильным соотношением простых и сложных углеводов влияют на нашу жизнь можно прочитать тут.
Вера Мухина
Для этого растению понадобилось 15 минут
Японские ученые отследили механизм работы белков семейства LAZY, занимающих ключевое место в восприятии силы тяжести растениями. В покое белки экспонированы на поверхности статолитов — органелл, имеющих высокую плотность и лежащих из-за этого в нижних частях клетки. Но наклон ростков резуховидки Таля приводил к тому, что статолиты перемещались в новые нижние участки клетки, оставляя отпечаток из белков LAZY. Белки, перенесенные с мембраны статолитов на цитоплазматическую мембрану, маркируют новое направление роста и изгиба корня. Исследование опубликовано в журнале Science. У корней большинства высших растений выражен гравитропизм, то есть движение в сторону источника силы тяжести. За гравитропизм корней отвечают клетки-статоциты, входящие в состав корневого чехлика. В них находятся органеллы статолиты — родственники хлоропластов, заполненные крахмалом и лежащие в нижней части клетки из-за более высокой, чем у цитоплазмы, плотности. Статолиты маркируют направление изгиба и роста корня, поскольку клетка экспортирует фитогормон ауксин в ту сторону, куда указывают органеллы, а ауксин вызывает растяжение клеток (по такому принципу поворачиваются растения подсолнечника в течение дня) и стимулирует их деление. Все эти детали были известны еще 50 лет назад, но механизмы, связывающие оседание статолитов и направление транспорта ауксина, за прошедшее время так и не были расшифрованы. Впрочем, было установлено, что белки семейств LAZY и RLD имеют отношение в гравитропизму, ведь корни растений, у которых выключены эти гены, перестают расти вниз. Молекулярные биологи и физиологи растений из нескольких университетов США и Японии при участии Миё Тэрао Морита (Miyo Terao Morita) из Национального института фундаментальной биологии в Окадзаки сосредоточились на изучении работы двух белков семейства LAZY — LZY3 и LZY4 — в корневом чехлике резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana). Анализ аминокислотной последовательности LZY3 и LZY4 показал, что у белков нет трансмембранного домена для заякоривания в мембране, зато есть гидрофобные и положительно заряженные участки для взаимодействия с фосфолипидами внутреннего слоя мембраны. Точечные мутации в этих участках белков нарушали гравитропизм у ростков резуховидки. Поскольку белок с таким строением неспособен прочно фиксироваться в мембране, но при этом критически важен для гравитропизма, то, предположили биологи, он может слабо прикрепляться попеременно к плазматической мембраной и к гликолипидам внешней мембраны статолитов. И действительно, LZY3 и LZY4 были обнаружены на поверхности обеих мембран. Далее ученые при помощи конфокальной микроскопии отследили, как меняется распределение LZY4 в живой клетке после наклона ростков на 90-135 градусов. Уже спустя три минуты статолиты оказывались в нижней части клетки. Через 15 минут обнаружились метки LZY4 на прилежащем участке плазмалеммы, а первые признаки изменения формы корня появились через полчаса с начала эксперимента. Помимо воздействия гравитацией, ученые подвигали амилопласты внутри живых клеток при помощи оптического пинцета, чтобы исключить, что полярность клетки управляется какими-либо другими органеллами, имеющими высокую плотность. Как и в эксперименте с наклоном ростка, через несколько минут флуоресцентная метка, пришитая к LZY4, переходила с пластид на плазматическую мембрану. После оседания LZY на мембране с ним связывались белки семейства RLD, которые, в свою очередь, привлекают на мембрану белки-экспортеры ауксина. Таким образом, японские ученые описали еще один механизм механорецепции живыми организмами. По словам авторов статьи, принцип работы LAZY-зависимых сенсоров, чувствующих направление силы притяжения, но не ее величину, похож на работу «аналогового» инклинометра. Человеческие же проприорецепторы, полукружные канальцы и отолитовые органы работают как акселерометры, детектирующие линейное или угловое ускорение при движении головы, внутренних органов или мышц. Подробнее о принципе их работы можно прочитать в нашем материале «Премия за самочувствие». Градиент ауксина в корне влияет на только на его рост в физиологических условиях, но и, к примеру, на заживление ран.