Mikroben helfen bei der Orchestrierung, wie der Darm sie verwendet

Darmzotten

Bild: Eine konfokalmikroskopische Aufnahme von kleinen Darmzotten im Dünndarm zeigt Zellkerne in Blau und aufgenommenes Nahrungsfett in Rot.
Aussicht mehr

Bildnachweis: John Rawls Lab, Duke Microbiome Center

DURHAM, NC – Laut einer neuen Studie an Mäusen von Duke sagen die Mikroben, die beim Abbau von Nahrung helfen, dem Darm, wie er seine Arbeit besser machen soll.

Die Forscher sagten, es scheint, dass die Mikroben in der Lage sind, zu beeinflussen, welche der Darmgene in Aktion gerufen werden, und diese Wechselwirkung wiederum könnte zu einer Umgestaltung der Epithelzellen führen, die den Darm auskleiden, damit sie zur Ernährung passen.

„Der Darm ist eine faszinierende Schnittstelle zwischen einem Tier und der Welt, in der es lebt, und erhält Informationen sowohl von der Ernährung als auch von den Mikroben, die es beherbergt“, sagte John Rawls, Ph.D., Professor für Molekulargenomik und Mikrobiologie an der Duke University und Direktor der Duke Microbiome Center.

Tee Studie erschien am 6. Mai im Open-Access-Journal Zelluläre und molekulare Gastroenterologie und Hepatologie.

Um mit der Analyse der Botschaften der Mikroben an die Darmzellen zu beginnen, verglichen die Duke-Forscher Mäuse, die ohne jegliche Darmmikroben aufgezogen wurden, mit solchen mit einem normalen Darmmikrobiom. Die Forscher konzentrierten sich auf die Wechselwirkung zwischen der RNA-Transkription – DNA wird in RNA kopiert – und den Proteinen, die diesen Kopierprozess im Dünndarm ein- oder ausschalten, wo die meisten Fette und andere Nährstoffe aufgenommen werden.

Während sowohl die keimfreien als auch die normalen Mäuse in der Lage waren, Fettsäuren in einer fettreichen Ernährung zu verstoffwechseln, war der bemerkenswerte Befund, dass die keimfreien Tiere einen ganz anderen Satz von Genen verwendeten, um mit einer fettreichen Mahlzeit umzugehen.

„Wir waren überrascht festzustellen, dass das Gen-Spielbuch, das das Darmepithel verwendet, um auf Nahrungsfett zu reagieren, unterschiedlich ist, je nachdem, ob Mikroben vorhanden sind oder nicht“, sagte Rawls.

Die Forscher sahen auch, dass die Mikroben dem Darm helfen können, Fette aufzunehmen.

„Es ist ein relativ konsistenter Befund aus mehreren Studien aus unserem und anderen Labors, dass Mikroben tatsächlich die Lipidabsorption fördern“, sagte Colin Lickwar, Ph.D., leitender wissenschaftlicher Mitarbeiter im Labor von Rawls und Erstautor der Veröffentlichung. „Und das wirkt sich auf einer gewissen Ebene auch auf systemische Prozesse wie Gewichtszunahme aus.“

Die keimfreien Mäuse sahen eine Zunahme der Aktivität der Gene, die an der Fettsäureoxidation beteiligt sind, buchstäblich das Verbrennen von Fettsäuren, um Brennstoff für die Darmzellen bereitzustellen.

„Normalerweise denken wir daran, dass der Darm nur seine Aufgabe erfüllt, indem er Nahrungsnährstoffe über das Epithel absorbiert, um sie mit dem Rest des Körpers zu teilen, aber der Darm muss auch essen“, sagte Rawls. „Wir glauben also, dass bei keimfreien Tieren der Darm mehr Fett verbraucht, als wenn die Mikroben da wären.“

Und das kann Unterschiede in der Zusammensetzung der Epithelzellen des Darms widerspiegeln.

“Es gibt eine Reihe neuerer Arbeiten, die zeigen, dass es eine erhebliche Fähigkeit gibt, die größere Architektur des Darms sowie die einzelnen Genprogramme zu verändern”, sagte Lickwar. „Der Darm weist eine bemerkenswerte Plastizität auf. Wir verstehen es größtenteils nicht, aber einiges davon wird durch dieses Papier erläutert.“

Die Forscher konzentrierten ihre Bemühungen auf einen Transkriptionsfaktor namens HNF4-Alpha, von dem bekannt ist, dass er Gene reguliert, die am Fettstoffwechsel beteiligt sind, und Gene, die auf Mikroben reagieren. „Wir dachten, dass es eine Schnittstelle oder einen Scheideweg zwischen der Interpretation von Informationen darstellen könnte, die entweder aus mikrobiellen Quellen oder aus Nahrungsfett stammen“, sagte Lickwar.

„Es ist sicherlich kompliziert, aber wir scheinen festzustellen, dass HNF4-Alpha wichtig ist, um gleichzeitig mehrere Signale im Darm zu integrieren“, sagte Lickwar.

„Jede Weise, in der keimfreie Tiere ungewöhnlich erscheinen, lehrt uns etwas über den großen Einfluss des Mikrobioms auf das, was wir als ‚normale’ Tierbiologie betrachten“, sagte Rawls.

Diese Forschung wurde von den National Institutes of Health (R01-DK093399, P01-DK094779, R01-DK113123, R01-DK111857, R01-DK081426, P01-HL020948) sowie dem Nuclear Receptor Signaling Atlas Consortium (NURSA, U24- 693 DK09774).

ZITAT: „Transkriptionelle Integration unterschiedlicher mikrobieller und ernährungsphysiologischer Signale durch das Dünndarmepithel“, Colin Lickwar, James Davison, Cecelia Kelly, Gilberto Padilla Mercado, Briana Davis, Matthew Tillman, Ivana Semova, Sarah Andres, Goncalo Vale, Jeffrey McDonald und John Rawls. Zelluläre und molekulare Gastroenterologie und Hepatologieonline 2. Mai 2022. DOI: 10.1016/j.jcmgh.2022.04.013


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