Нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера, Паркинсона и боковой амиотрофический склероз, поражают миллионы взрослых, но ученые до сих пор не знают, что вызывает эти заболевания, что является серьезным препятствием на пути к разработке методов лечения или профилактических мер.
Недавние исследования показывают, что у людей с этими состояниями наблюдается изменение бактериального состава пищеварительного тракта. Однако, учитывая огромное разнообразие микробов, обнаруженных в организме человека, определение того, какие бактерии могут быть связаны с нейродегенерацией, похоже на поиск иголки в стоге сена.
В поисках этой пресловутой иглы ученые из Университета Флориды ищут неожиданное место: пищеварительный тракт крошечного полупрозрачного червя по имени Caenorhabditis elegans.
Новое исследование, опубликованное в PLOS Pathogens, впервые устанавливает связь между конкретными видами бактерий и физическими проявлениями нейродегенеративных заболеваний. Ведущим автором исследования является Алисса Уокер, докторант по микробиологии и клеточным наукам в Колледже сельскохозяйственных и медико-биологических наук UF / IFAS.
"Изучение микробиома – это относительно новый подход к исследованию причин нейродегенеративных заболеваний. В этом исследовании мы смогли показать, что определенные виды бактерий играют роль в развитии этих состояний," сказал Дэниел Чиз, научный руководитель диссертации Уокера.
Чиж – старший автор исследования и доцент кафедры микробиологии и клеточной науки УФА / МФСА.
"Мы также показали, что некоторые другие бактерии производят соединения, которые противодействуют этим «плохим» бактериям. Недавние исследования показали, что пациенты с болезнью Паркинсона и Альцгеймера испытывают дефицит этих «хороших» бактерий, поэтому наши результаты могут помочь объяснить эту связь и открыть область для будущих исследований," добавил он.
Все нейродегенеративные заболевания можно связать с проблемами, связанными с обработкой белков в организме. Если белки сложены неправильно, они накапливаются в тканях. Эти белковые агрегаты, как их называют ученые, мешают функционированию клеток и приводят к нейродегенеративным расстройствам.
Чиз и его соавторы хотели знать, вносят ли определенные бактерии в C. elegans будет сопровождаться агрегация белка в тканях червей.
"Это, собственно, то, что мы наблюдали. У нас есть способ пометить агрегаты, чтобы они светились зеленым под микроскопом. Мы видели, что черви, колонизированные определенными видами бактерий, освещались агрегатами, которые были токсичными для тканей, в то время как черви, колонизированные контрольными бактериями, не были," Чиз сказал. "Это произошло не только в тканях кишечника, где находятся бактерии, но и по всему телу червей, в их мышцах, нервах и даже репродуктивных органах."
Удивительно, но потомство зараженных червей также показало повышенную агрегацию белка, хотя это потомство никогда не сталкивалось с бактериями, изначально связанными с этим заболеванием.
"Это очень интересно, потому что предполагает, что эти бактерии генерируют какой-то сигнал, который может быть передан следующему поколению," Чиз сказал.
Черви колонизированы "плохой" бактерии также потеряли подвижность, что является обычным симптомом нейродегенеративных заболеваний.
"Здоровый червь передвигается, катаясь и взмахивая руками. Когда вы берете здорового червяка, он скатывается с кирки – простого устройства, которое мы используем для обработки этих крошечных животных. Но черви с вредными бактериями не могли этого сделать из-за появления токсичных белковых агрегатов," объяснил Уокер, который разработал этот метод оценки.
"Вы можете сравнить кирку с полосой препятствий: точно так же, как человеку с нейродегенеративным заболеванием будет трудно перебраться через нее, то же самое и с этими червями, только в гораздо меньшем масштабе," Czyz добавил.
Забавный факт: волосы на бровях или ресницы человека – очень хороший выбор.
"Черви очень нежные, поэтому вам понадобится инструмент, который их не повредит. Также они прозрачные и имеют простой план тела. Такие исследования, как наше, возможны, потому что эти черви обычно питаются бактериями," Чиз сказал.
"Червяки имеют длину всего один миллиметр, и у каждого из них ровно 959 ячеек," Чиз сказал. "Но во многом они очень похожи на нас, людей – у них есть кишечник, мышцы и нервы, но вместо того, чтобы состоять из миллиардов клеток, каждый орган представляет собой всего лишь горстку клеток. Они похожи на живые пробирки. Их небольшой размер позволяет нам проводить эксперименты более контролируемым образом и отвечать на важные вопросы, которые мы можем применить в будущих экспериментах с высшими организмами и, в конечном итоге, людьми."
В настоящее время лаборатория Czyz тестирует сотни штаммов бактерий, обнаруженных в кишечнике человека, чтобы увидеть, как они влияют на агрегацию белков в C. elegans. Группа также изучает, как бактерии, связанные с нейродегенерацией, вызывают неправильное сворачивание белков на молекулярном уровне.
Чиз также интересуется возможной связью между устойчивыми к антибиотикам бактериями и неправильной упаковкой белков.
"Почти все бактерии, которые мы обнаружили, связанные с неправильным сворачиванием белка, также связаны с устойчивыми к антибиотикам инфекциями у людей. Однако потребуется еще много лет исследований, прежде чем мы сможем понять, какая связь существует между устойчивостью к антибиотикам и нейродегенеративными заболеваниями, если таковая имеется," Чиз сказал.