Исследователи из Юго-западного медицинского центра Университета Техаса (UT Southwestern Medical Center) нашли ключевой фактор, который помогает синхронизировать поглощение питательных веществ в кишечнике с ритмами дневного и ночного светового цикла Земли. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Science.
Материалы и методы обследования
Ученые изучили на мышах модификацию гистонов, которые росли и падали вместе с циркадными ритмами. Авторы исследования разработали модель мышей, у которых отсутствовали HDAC3 только в кишечнике. Ученые сравнили мышей со здоровым микробиомом и мышей без микробиома. Затем ученые сравнили мышей с дефицитом HDAC3 с мышами без микробиома.
Результаты научной работы
Автор исследования Лора Хупер (Lora Hooper) с соавторами обнаружили, что комменсальные или полезные бактерии, которые живут в кишечнике млекопитающих, программируют метаболические ритмы, регулирующие усвоение организмом пищевого жира. Результаты исследования также показали, что микроорганизмы программируют так называемые циркадные ритмы, активируя белок, называемый гистондеацетилазой 3 (HDAC3), который вырабатывается клетками, выстилающими кишечник. Эти клетки действуют как посредники между бактериями, которые помогают переваривать пищу, и белками, которые обеспечивают усвоение питательных веществ. В исследовании, проведенном на мышах, обнаружено, что HDAC3 включает гены, участвующие в абсорбции жира. Ученые обнаружили, что HDAC3 взаимодействует с механизмом биологических часов в кишечнике, чтобы уточнить ритмические приливы и отливы белков, которые увеличивают поглощение жира. Эта регуляция происходит днем у людей, которые едят днем, и ночью у мышей, которые едят ночью.
«Микробиом на самом деле связывается с нашим метаболическим механизмом, чтобы сделать поглощение жира более эффективным. Но когда жир в избытке, это может привести к ожирению. То же самое происходит у других млекопитающих, включая людей, что является предметом будущих исследований», — объясняет Лора Хупер.
Модификации гистонов, которые производятся ферментами, такими как HDAC3, контролируют экспрессию генов, производящими белки, необходимые для работы клетки. Сравнивая мышей со здоровым микробиомом и мышей без микробиома, исследователи обнаружили, что некоторые модификации гистонов, в том числе произведенными HDAC3, были циркадными у нормальных мышей, но у мышей без микробиома оставались стабильными на ровном уровне. Модифицированные мыши казались ничем не примечательными, когда они потребляли нормальную пищу. Однако, когда исследователи накормили мышей рационом с высоким содержанием жиров и сахара, похожим на тот, который обычно используется в Соединенных Штатах, — они обнаружили нечто совершенно иное.
«Мы называем это нездоровой пищей. Я описываю это как поездку в ресторан быстрого питания за гамбургерами и картофелем фри, а затем остановку в магазине пончиков», — добавляет Лора Хупер. «Большинство мышей на этой диете страдают ожирением. К нашему удивлению, те, у кого в кишечнике не было HDAC3, могли питаться диетой с высоким содержанием жиров и сахара и оставаться худыми».
Сравнивая мышей с дефицитом HDAC3 с мышами без микробиома, исследователи обнаружили, что в обеих группах мышей наблюдались одинаковые плоские неритмические модификации гистонов, подтверждая важность HDAC3 в циркадных ритмах. Каждая клетка имеет молекулярные часы, которые управляют процессами в организме. Ученые обнаружили, что HDAC3 подключается к этому механизму клеточных часов, чтобы обеспечить максимальное поглощение жира, когда млекопитающие бодрствуют и едят.
«Результаты исследования показывают, что микробиом и циркадные часы эволюционировали для совместной работы по регулированию обмена веществ», — добавляет Лора Хупер.
Совместная работа по регулированию обмена веществ позволяет млекопитающим эффективно использовать энергию, чтобы повысить иммунитет в среде с дефицитом пищи.
«Это регулирующее взаимодействие, вероятно, развивалось не для того, чтобы вызвать у нас ожирение, но в сочетании с современными диетами, богатыми калориями, возникает ожирение», — добавляет Лора Хупер.
«Наши результаты также свидетельствуют о том, что нарушение взаимодействия между микробиотой и циркадными часами организма может сделать нас более склонными к ожирению. Эти нарушения зачастую случаются в современной жизни, когда мы принимаем антибиотики, работаем в ночную смену или путешествуем по всему миру. Результаты исследования могут в конечном итоге помочь разработать новые методы лечения ожирения — и, возможно, недоедания — путем изменения микробиома кишечника», — резюмирует Лора Хупер.
Авторы другого исследования утверждают, что нарушенная микрофлора кишечника способствует прогрессированию рака молочной железы.
