Metabolismul unui șoarece poate urma ritmurile circadiene stabilite de bacteriile intestinale

Șoarecii (și poate oamenii) pot metaboliza alimentele în funcție de ritmurile circadiene zilnice stabilite de bacteriile intestinale.

Microbii din intestinul subțire al șoarecilor dictează ritmic momentul în care grăsimea este absorbită de celulele care căptușesc organul, raportează cercetătorii. Studiul, descris în 27 septembrie Ştiinţă, detaliază modul în care microbii intestinali influențează metabolismul unei gazde. Dacă descoperirile sunt transmise oamenilor, cercetarea ar putea oferi indicii de ce jet lag-ul și munca în ture de noapte, care pot înlătura ritmurile circadiene, duc adesea la obezitate, diabet și alte probleme de sănătate.

Cercetătorii știau că celulele umane au ceasuri moleculare care indică cicluri circadiene de metabolism de 24 de ore (SN: 8/11/18), și că microbii intestinali din colon urmăresc ritmul biologic al gazdelor lor (SN: 16/10/14). Dar noul studiu constată că, cel puțin în intestinul subțire, microbii pot stabili ritmuri pe care celulele gazdă să le urmeze. Lucrarea a fost făcută la șoareci, dar procesul poate funcționa similar la oameni.

Noua cercetare „ne ajută să apreciem cât de împletite sunt metabolismele microbiotei și ale gazdelor lor de mamifere”, spune microbiologul și imunologul Andrew Gewirtz de la Universitatea de Stat Georgia din Atlanta, care nu a fost implicat în lucrare. „Este o interacțiune foarte intimă, care reglementează lucruri la fel de elementare precum ritmurile circadiene, ceea ce a fost o surpriză.”

Cercetările anterioare au descoperit că șoarecii crescuți fără microbi nu iau în greutate în exces, chiar și atunci când sunt hrăniți cu o dietă bogată în grăsimi. Acelor „șoareci fără germeni” le lipseau, de asemenea, ritmuri circadiene puternice în celulele care căptușesc intestinul subțire al rozătoarelor, au descoperit microbiologul Lora Hooper de la Centrul Medical Southwestern de la Universitatea din Texas din Dallas și colegii săi. Totuși, administrarea șoarecilor de bacterii intestinale a întărit acele ritmuri circadiene. Nu este clar care microbi sunt importanți pentru acest proces.

Cheia microbilor pentru stabilirea ritmului metabolic se dovedește a fi o proteină numită histon deacetilază 3 sau HDAC3. Cercetătorii au descoperit că șoarecii cărora le lipsește această proteină din celulele care căptușesc intestinul subțire, de asemenea, nu se îngrașă pe o dietă cu mâncare nedorită. Aceste descoperiri au sugerat o legătură între microbii intestinali și HDAC3.

HDAC3 ajută la reglarea momentului în care genele sunt pornite și oprite prin îndepărtarea moleculelor numite grupări acetil din proteinele histonelor. Histonele formează bobine în jurul cărora ADN-ul este înfășurat în celule. Adăugarea (sau îndepărtarea) grupărilor acetil sau a altor molecule – adesea numite mărci epigenetice – la histone influențează cât de strâns se învârtește ADN-ul. ADN-ul mai strâns este mai puțin accesibil pentru proteinele care activează genele. La șoarecii cu bacterii intestinale, semnele de acetilare a histonelor au ciclat în ritm zilnic. Dar șoarecii fără germeni le lipsește ciclul robust, ceea ce sugerează că microbii controlează ritmurile circadiene ale celulelor gazdă prin sincronizarea activității HDAC3.

Laboratorul lui Hooper a descoperit, de asemenea, un nou rol pentru HDAC3, care nu implică smulgerea grupurilor acetil de pe histone. Proteina interacționează ritmic cu o altă proteină numită receptor alfa legat de estrogen, sau ERRalpha, pentru a activa o genă implicată în absorbția grăsimilor. Gena aceea, Cd36produce o proteină de transport de acizi grași care permite celulelor care căptușesc intestinul subțire să absoarbă grăsimi (SN: 25/07/19).

Hooper și colegii nu știu încă detaliile despre modul în care microbii guvernează atunci când HDAC3 se va reuni cu alte proteine ​​pentru a controla activitatea genelor. De exemplu, microbii ar putea produce proteine ​​sau molecule mici care guvernează activitatea HDAC3. Sau poate venirea în contact cu microbii intestinali determină celulele intestinale să stimuleze HDAC3 la acțiune.

„Acesta a fost un sistem atât de extrem de complicat încât nu am putut rezolva totul”, spune Hooper.

Ceea ce este clar este că bacteriile sunt necesare pentru a activa ceasul circadian cu mașinile metabolice, spune Satchidananda Panda, biolog circadian la Institutul Salk pentru Studii Biologice din La Jolla, California. El compară ceasul circadian din celulele intestinale cu o mașină care merge la ralanti la un semafor. Motorul merge, dar roțile nu se învârt. Bacteriile angajează cumva transmisia – HDAC3 – pentru a interacționa cu ceasul și a programa activități, cum ar fi absorbția grăsimilor.

Dacă procesul se întâmplă și la oameni, perturbarea ritmurilor circadiene ale microbilor prin călătoria în locuri îndepărtate sau prin programări neregulate poate, de asemenea, distruge metabolismul, determinând oamenii să extragă mai multă grăsime din alimente decât de obicei și să ia în greutate. Cercetările viitoare asupra modului în care microbii intestinali influențează ceasurile circadiene ale gazdelor lor pot duce în cele din urmă la dezvoltarea de medicamente pentru a contracara efectele negative asupra sănătății ale jet lag-ului și ale muncii în schimburi, spune Panda.