Откриването на изцяло нов клас ензими може един ден да доведе до поръчкови диети, терапевтици
От Кейтлин Макдермот-Мърфи
Изглежда, че всеки има мнение за това кои храни да яде или да избягва, как да отслабне (и да го държи настрана!) И коя суперхрана да нападне. Но има по-добро място за търсене на здравни тайни, отколкото в тропическите зрънца: човешкото черво.
Чревният микробиом на всеки човек - трилионите бактерии, живеещи в човешкия стомашно-чревен тракт - е различен. А отделни щамове бактерии взаимодействат с храната, лекарствата, витамините и токсините по свой собствен начин, което означава, че нито една диета или лекарство не е подходящо за всеки.
Микробният химик Емили Балскус наскоро откри, че някои бактерии изяждат обикновеното лекарство L-dopa на Паркинсон и го превръщат в допамин, което може да намали ефектите от лечението и да причини болезнени или дори животозастрашаващи странични ефекти. В ново проучване, публикувано в eLife, тя и нейният екип продължават това откритие, като идентифицират как и защо чревните микроби метаболизират допамина. В процеса те откриха изцяло нов клас ензими (инструментите, които бактериите използват за извършване на сложна химия), които разграждат химикали от съществено значение за неврологичното здраве, като допамин, но също така помагат за смилането на храни като ядки, плодове и чай, освобождавайки хранителни вещества, които могат да въздействие върху човешкото здраве. Знаейки как храните взаимодействат с микробни ензими, може един ден да помогне на изследователите да идентифицират най-добрата диета за всеки човек и личния им микробиом.
Има още: При животни, растения и почва екипът откри подобни ензими с мощни способности. Някои произвеждат молекули, борещи се с рака, докато други разграждат химикалите, останали от промишлените отпадъци.
Професор Емили Балскус (вдясно) и първият автор Ваю Майни Рекдал откриха нова класификация на универсалния микробен ензим, който живее в червата и почвата на хората и животните. Снимка: MCB Graphics
„В крайна сметка това беше много по-голямо пътуване“, каза Ваю Майни Рекдал, първият автор на хартията и доктор на науките. кандидат в програмата "Молекули, клетки и организми" във Висшето училище за изкуства и науки. „Това, което изучаваме в човешките черва, е много важно за човешкото здраве и болести и за разбирането на взаимодействието между микробите и човешкото тяло, но може също така да подчертае тези по-широки теми, които са от значение за екосистемите и за различните микробни общности.“
Обширните резултати от проучването идват от един въпрос: Защо човешкият микроб в червата яде допамин? След месеци, анализирайки как бактерията Eggerthella lenta взаимодейства с невротрансмитера, Balskus и нейният екип откриха простия отговор: яденето на допамин им помага да растат. Чрез модифициране на катехолната група на молекулата - органично съединение, което се среща естествено в, например, плодове, зеленчуци и допамин - микробът получава дарвинов стимул. Но екипът научи и нещо изненадващо: микробният ензим, който консумира допамин, е специализиран в обработката на този химикал над всички останали в червата.
"Това е наистина страхотно откритие, тъй като предполага, че този ензим е еволюирал с цел метаболизиране на допамин", химично вещество, обикновено свързано с мозъка, каза Maini Rekdal. Заинтригуван, той и неговите сътрудници в лабораторията решават да проследят подобни ензими, които също модифицират катехол групите. Той открива, че една група дава на хората полза за здравето, като разгражда храни като нар, шоколад, плодове и кафе, за да освободи полифеноли, които могат да предпазят от някои заболявания и да удължат живота.
Тези ензими също са специализирани. „Може би един ден пия кафе и микробът разпознава катехол от кафето, включва десния ензим и го метаболизира“, каза Майни Рекдал. Ако се откаже от кафето, бактериите могат да сменят кафеен ензим с шоколадов. Поддържането на ензими изисква енергия, така че несъществуващите отиват в кошчето. „Този вид настройка ще им позволи да растат върху различни неща в зависимост от наличните.“ Все пак това означава, че без правилния ензим някои хора не могат да се възползват от тези полифеноли, които насърчават здравето.
Дори животните със силно различен начин на живот от хората имат един и същ клас микробни ензими в червата си, което показва, че ензимите, които могат да отстранят катехол група от определени хранителни молекули и невротрансмитери като допамин, могат да бъдат изключително ценни за микробите. Снимка: Лаборатория Balskus
Миналото лято Maini Rekdal засади допамин и химикали от кафе, чай и шоколад в различни фекални проби от бозайници, за да определи дали споделят подобни ензими. Те го правят: Той откри следи от същата химия при лисици, кучета, плъхове, алпака, морски свинчета, прасета и вълци. „Хората и вълците имат много различен начин на живот“, каза той. Това, че този ензим се среща в различни видове, показва широко разпространената му стойност за микробния живот.
Екипът дори откри аналогични ензими в почвените микроби, където те извършват химия за съвсем различни цели. Човек произвежда молекула, която служи като мощно противораково лечение; Maini Rekdal спекулира, че бактериите правят тази молекула за химическа война - атакува вражески микроби. Друг използва подобен ензим за разграждане на химикали и почистване на заобикалящата го почва, инструмент, който може да бъде подходящ за премахване на земята от токсични замърсители.
Екипът идентифицира много повече свързани ензими - в почвата и човешките черва -, които попадат в тази нова класификация. Но те все още не знаят каква ценна или увреждаща цел служат. „Нашето проучване сега поставя началото за по-нататъшни изследвания на химичните механизми и биологичните последици от катехол дехидроксилирането в човешкото тяло и извън него“, каза Балскус.