Сканирующая электронная микрофотография показывает сегментированные нитчатые бактерии, прикрепляющиеся к поверхности кишечника мыши. Ночью прикрепляется больше бактерий, чем днем. Предоставлено: Джон Ф. Брукс II.
Как показывают исследования, уровни естественных противомикробных молекул колеблются в зависимости от циркадного ритма, который определяется резидентными кишечными бактериями.
Способность организма предотвращать пищевое отравление путем производства естественного противомикробного соединения увеличивается в течение дня, когда наиболее вероятно воздействие вредных бактерий, предполагает новое исследование ученых Юго-Западного Университета. Результаты, опубликованные в Интернете в Ячейка, может в конечном итоге привести к своевременному лечению и схемам вакцинации, разработанным для максимального усиления этого иммунного ответа.
«Это исследование показывает, что наша иммунная система не включается постоянно, что является неожиданным результатом», - говорит руководитель исследования Джон Ф. Брукс II, доктор философии, научный сотрудник лаборатории Лоры Хупер, доктора философии. ., соруководитель исследования и профессор иммунологии и микробиологии в UTSW. «Наши результаты показывают, что есть периоды пиковой нагрузки, когда организм более подготовлен к борьбе с инфекциями».
Джон Ф. Брукс II, доктор философии. Предоставлено: Юго-западный медицинский центр UT.
Исследователям давно известно, что практически все животные следуют циркадным циклам, связанным с восходом и заходом солнца. Эти циклы позволяют животным предвидеть изменения в окружающей их среде и подготовиться к ним. Нарушение циркадных ритмов может иметь серьезные последствия для здоровья; например, хроническое нарушение сна связано с увеличением кишечной инфекции у людей. Однако неясно, почему это происходит.
Брукс, Хупер и их коллеги подозревали, что антибактериальный иммунитет может изменяться в кишечнике в зависимости от циркадного цикла. Чтобы исследовать эту идею, исследователи искали ритмы в экспрессии естественных антимикробных агентов, вырабатываемых в кишечнике мышей для борьбы с болезнями пищевого происхождения. Исследователи увидели, что у нормальных лабораторных мышей одна из этих противомикробных молекул, известная как регенерирующий островковый белок 3g (REG3G), была более распространена ночью, когда эти ночные животные активны, и в меньшей степени в течение дня, когда мыши спят. . Однако у мышей, выращенных без кишечных бактерий, REG3G практически отсутствовал как днем, так и ночью.
В поисках микробных компонентов, управляющих ритмическим паттерном, исследователи обнаружили, что у мышей с циклическим количеством REG3G в кишечнике обитают большие популяции сегментированных нитчатых бактерий - микробы, обычно присутствующие у грызунов, нечеловеческих приматов и людей, которые обладают уникальной способностью к прикрепляются к слизистой оболочке кишечника и изменяют активность генов своего хозяина. Дальнейшие эксперименты показали, что эти бактерии прикреплялись к слизистой оболочке кишечника животных во время кормления, вероятно, чтобы откачивать питательные вещества. Когда они прикреплялись, производство REG3G в кишечнике увеличивалось.
Лора Хупер, доктор философии. Предоставлено: Юго-западный медицинский центр UT.
Этот цикл имел серьезные последствия для способности мышей бороться с инфекцией. Когда исследователи заразили нормальных мышей бактериями, у животных была более высокая бактериальная нагрузка и уровень смертности, если они подверглись воздействию на закате, чем на восходе солнца. Мыши, которые не могут производить антимикробные белки, включая REG3G, имели одинаково высокие показатели бактериальной нагрузки и смертности независимо от того, когда они были инфицированы.
Если дальнейшие исследования покажут, что это явление также встречается у людей, ученые, возможно, в конечном итоге смогут извлечь из этого выгоду, рассчитав время приема синтетических антибиотиков для кишечных инфекций и оральных вакцин или найдя новые способы вообще избежать кишечных инфекций.
«Эти результаты заставляют меня дважды подумать о том, чтобы проснуться посреди ночи и совершить набег на холодильник», - говорит Хупер. «Может быть опаснее есть картофельный салат, наполненный бактериями, когда у вас низкая защитная сила кишечника».
Ссылка: «Микробиота координирует суточные ритмы врожденного иммунитета с циркадными часами» Джона Ф. Брукса II, Кэсси Л. Берендт, Келли А. Рун, Сянн Ли, Притви Радж, Джозефа С. Такахаши и Лоры В. Хупер, 28 Июль 2021 г., Ячейка.
DOI: 10.1016 / j.cell.2021.07.001
Другие исследователи UTSW, которые внесли свой вклад в это исследование, включают Кэсси Л. Берендт, Келли А. Рун, Сянн Ли, Притви Радж и Джозеф С. Такахаши.
Эта работа была поддержана грантами Национального института здоровья (R01 DK070855), Фонда Уэлча (I-1874) и Центра исследований артрита и аутоиммунных заболеваний Уолтера М. и Хелен Д. Бадер.
Хупер занимает почетное звание доктора медицинских наук Джонатана У. Ура, доктора медицинских наук, ученого Нэнси Кейн и Джеффри А. Маркуса в области медицинских исследований в честь доктора Билла С. Вауэлла, а также является исследователем Медицинского института Говарда Хьюза.
Такахаши занимает почетную кафедру неврологии имени Лойда Б. Сэндса и является исследователем Медицинского института Говарда Хьюза.
Брукс является стипендиатом стипендии Ханны Грей Медицинского института Говарда Хьюза.
