Gen yang dikendalikan cahaya dapat mengungkapkan bagaimana bakteri usus memengaruhi kesehatan – ScienceDaily

Gen yang dikendalikan cahaya dapat mengungkapkan bagaimana bakteri usus memengaruhi kesehatan – ScienceDaily

[ad_1]

Peneliti Baylor College of Medicine Meng Wang telah menunjukkan bahwa bakteri yang membuat metabolit yang disebut asam colanic (CA) dapat memperpanjang umur cacing di labnya sebanyak 50%, tetapi kolaborasinya dengan ahli biologi sintetis Universitas Rice Jeffrey Tabor menyediakan alat untuk menjawab pertanyaan yang lebih besar tentang bagaimana metabolit memberikan umur yang lebih lama.

Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan di eLife, Wang, Tabor dan rekannya menunjukkan bahwa mereka dapat menggunakan warna cahaya yang berbeda untuk menghidupkan dan mematikan gen bakteri usus saat bakteri berada di usus cacing. Pekerjaan itu dimungkinkan oleh sistem kontrol optogenetik yang telah dikembangkan Tabor selama lebih dari satu dekade.

“Kelompok Meng menemukan bahwa senyawa CA dapat memperpanjang umur, tetapi mereka tidak dapat mengatakan dengan pasti apakah ini adalah bahan makanan yang dicerna di perut atau metabolit yang diproduksi oleh bakteri di usus,” kata Tabor. profesor bioteknologi dan biosains di Rice. “Kami dapat membatasi produksi CA ke usus dan menunjukkan bahwa itu memiliki efek menguntungkan pada sel-sel di usus.”

Untuk percobaan, lab Tabor merekayasa strain E. coli untuk membuat CA ketika terkena cahaya hijau, tetapi tidak merah. Untuk memastikan bakteri bekerja dengan baik, tim menambahkan gen untuk membuat warna berbeda dari protein fluoresen yang akan muncul dengan cerah di bawah mikroskop. Satu warna selalu ada, untuk memudahkan melihat di mana bakteri berada di dalam cacing, dan warna kedua dibuat hanya saat bakteri memproduksi CA.

Bekerja sama dengan lab Wang, lab Tabor menjaga bakteri di bawah lampu merah dan memberi mereka cacing, spesies yang disebut Caenorhabditis elegans (C. elegans) yang biasa digunakan dalam ilmu kehidupan. Para peneliti melacak perkembangan bakteri melalui saluran pencernaan dan menyalakan lampu hijau ketika mereka berhasil mencapai usus.

“Saat terkena cahaya hijau, cacing yang membawa strain E. coli ini juga hidup lebih lama. Semakin kuat cahayanya, semakin lama umurnya,” kata Wang, Robert C. Fyfe Endowed Chair on Aging, seorang profesor genetika molekuler dan manusia di Pusat Penuaan Huffington di Baylor dan penyelidik Institut Medis Howard Hughes.

Dalam sel C. elegans dan kehidupan tingkat tinggi lainnya, dari manusia hingga ragi, organel khusus yang disebut mitokondria memasok sebagian besar energi. Ribuan mitokondria bekerja sepanjang waktu di setiap sel dan menjaga keseimbangan dinamis antara fisi dan fusi, tetapi mereka menjadi kurang efisien dari waktu ke waktu. Seiring bertambahnya usia orang dan organisme lain, disfungsi mitokondria menyebabkan penurunan fungsional dalam sel mereka.

Dalam percobaan sebelumnya dengan C. elegans, Wang dan rekannya menunjukkan bahwa CA dapat mengatur keseimbangan antara fisi mitokondria dan fusi di sel usus dan otot untuk meningkatkan umur panjang. Cacing biasanya hidup sekitar tiga minggu, tetapi laboratorium Wang telah menunjukkan bahwa CA dapat memperpanjang hidup mereka menjadi 4,5 minggu – 50% lebih lama dari biasanya.

Tabor mengatakan ini menimbulkan sejumlah pertanyaan. Misalnya, jika CA diproduksi di usus, apakah sel-sel usus mendapat manfaat lebih dulu? Apakah efek menguntungkan CA terkait dengan levelnya? Dan yang terpenting, apakah manfaat mitokondria menyebar ke seluruh tubuh dari usus?

Dalam eLife Dalam studi tersebut, para peneliti menemukan bahwa produksi CA di usus secara langsung meningkatkan fungsi mitokondria di sel-sel usus dalam waktu singkat. Mereka tidak menemukan bukti manfaat langsung mitokondria jangka pendek pada sel otot cacing. Dengan demikian, efek CA yang meningkatkan umur panjang dimulai dari usus dan kemudian menyebar ke jaringan lain seiring waktu.

“Dengan teknologi kami, kami dapat menggunakan cahaya untuk menyalakan produksi CA dan menyaksikan efek perjalanan melalui cacing,” kata Tabor.

Dia mengatakan ketepatan teknologi optogenetik dapat memungkinkan peneliti untuk mengajukan pertanyaan mendasar tentang metabolisme usus.

“Jika Anda dapat mengontrol waktu dan lokasi produksi metabolit dengan presisi, Anda dapat memikirkan desain eksperimental yang menunjukkan sebab dan akibat,” katanya.

Menunjukkan bahwa bakteri usus berdampak langsung pada kesehatan atau penyakit akan menjadi pencapaian besar.

“Kami tahu bakteri usus memengaruhi banyak proses di tubuh kami,” kata Tabor. “Mereka telah dikaitkan dengan obesitas, diabetes, kecemasan, kanker, penyakit autoimun, penyakit jantung dan ginjal. Ada ledakan penelitian yang mengukur bakteri apa yang Anda miliki ketika Anda menderita penyakit ini atau penyakit itu, dan itu menunjukkan semua jenis korelasi. “

Tetapi ada perbedaan besar antara menunjukkan korelasi dan kausalitas, kata Tabor.

“Tujuannya, yang benar-benar Anda inginkan adalah bakteri usus yang bisa dimakan yang akan meningkatkan kesehatan atau mengobati penyakit,” ujarnya.

Tetapi sulit bagi para peneliti untuk membuktikan bahwa molekul yang diproduksi oleh bakteri usus menyebabkan penyakit atau kesehatan. Itu sebagian karena usus sulit diakses secara eksperimental, dan terutama sulit untuk merancang eksperimen yang menunjukkan apa yang terjadi di lokasi tertentu di dalam usus.

“Usus adalah tempat yang sulit diakses, terutama pada mamalia besar,” kata Tabor. “Usus kita panjangnya 28 kaki, dan mereka sangat heterogen. PH berubah secara keseluruhan dan bakteri berubah secara dramatis di sepanjang jalan. Begitu juga jaringan dan apa yang mereka lakukan, seperti molekul yang mereka keluarkan.

“Untuk menjawab pertanyaan tentang bagaimana bakteri usus memengaruhi kesehatan kita, Anda harus dapat mengaktifkan gen di tempat dan waktu tertentu, seperti saat hewan masih muda atau saat hewan bangun di pagi hari,” katanya. “Anda membutuhkan tingkat kendali itu untuk mempelajari jalur di wilayah mereka sendiri, di mana itu terjadi dan bagaimana itu terjadi.”

Karena menggunakan cahaya untuk memicu gen, optogenetika menawarkan tingkat kendali itu, kata Tabor.

“Untuk titik ini, cahaya benar-benar satu-satunya sinyal yang memiliki ketepatan yang cukup untuk mengaktifkan gen bakteri di usus kecil versus usus besar, misalnya, atau pada siang hari tetapi tidak pada malam hari,” katanya.

Tabor mengatakan dia dan Wang telah mendiskusikan banyak cara mereka menggunakan optogenetik untuk mempelajari penuaan.

“Dia menemukan dua lusin gen bakteri yang dapat memperpanjang umur C. elegans, dan kami tidak tahu bagaimana sebagian besar dari mereka bekerja,” kata Tabor. “Gen asam colanic benar-benar menarik, tetapi masih banyak lagi yang ingin kami aktifkan dengan cahaya pada cacing untuk mengetahui cara kerjanya. Kami dapat menggunakan teknik yang tepat yang kami terbitkan dalam makalah ini untuk mengeksplorasi teknik baru tersebut. gen juga. Dan orang lain yang mempelajari mikrobioma juga dapat menggunakannya. Ini adalah alat yang ampuh untuk menyelidiki bagaimana bakteri bermanfaat bagi kesehatan kita. “

Untuk Informasi Lebih lanjut silahkan Kunjungi : Result SGP

Author Image
adminProzen