Спросите кого-нибудь, о чем он думает, когда слышит фразу «желчные кислоты», и вы можете получить несколько неприятных ответов.
Спросите Роберта Куинна, доцента кафедры биохимии и молекулярной биологии Мичиганского государственного университета, расположенного в Колледже естественных наук, и вы начнете разговор о некоторых из самых разносторонних и важных действующих лиц в кишечнике человека.
Желчные кислоты связаны со здоровьем всего тела, могут действовать как лекарства и являются одними из наиболее изученных молекул в истории биохимии.
Теперь, благодаря некоторой счастливой случайности и духу сотрудничества, Куинн и его лаборатория помогли раскрыть ранее неизвестный способ, которым микробы, живущие в нашем кишечнике, помогают создавать эти важные молекулы.
Осознав, что лаборатория Эндрю Паттерсона в Университете штата Пенсильвания добилась аналогичных результатов с исследователями МГУ, обе команды опубликовали отдельные, но дополняющие друг друга статьи в журнале Nature .
Вместе эти статьи раскрывают удивительный вклад известного микробного фермента.
«Это имеет значение не только для биомаркеров, но и для терапевтических средств, которые могут помочь здоровью кишечника или уменьшить тяжесть заболевания», — сказал Дуг Гузиор, аспирант МГУ и первый автор отчета лаборатории Куинна .
«Эти две статьи действительно демонстрируют фантастические вещи, которые происходят, когда ученые сотрудничают», — сказал Паттерсон, профессор молекулярной токсикологии, а также биохимии и молекулярной биологии .
Тайны микробиома
Желчные кислоты , вырабатываемые в печени и хранящиеся в желчном пузыре, являются одними из наиболее распространенных молекул в нашем кишечнике.
«Они действуют как моющие средства, мало чем отличаясь от мыла», — объяснил Куинн. «Итак, когда вы едите сыр начо во время просмотра игры, он растворяет эти жиры и помогает вам их усвоить».
На протяжении десятилетий считалось, что наша печень конъюгирует желчные кислоты, прежде чем высвободить их. Это означает, что ферменты в клетках печени добавляют аминокислоты глицин или таурин, чтобы помочь желчным кислотам лучше выполнять свою работу. Эти желчные кислоты глицин и таурин были изучены еще в 1850-х годах и имеют решающее значение для здоровья нашего кишечника.
Но в статье 2020 года Куинн и его коллега показали, что микробы также могут конъюгировать желчные кислоты, добавляя множество аминокислот помимо глицина и таурина.
Это открытие стало трамплином для более глубоких исследований.
Лаборатория Куинна, возглавляемая Гузиором, который учится на кафедре микробиологии, генетики и иммунологии МГУ, обратила свое внимание на фермент, известный как гидролаза солей желчных кислот, или BSH.
BSH является одним из наиболее распространенных и хорошо изученных ферментов кишечного микробиома, и его традиционно понимаемая роль заключалась в расщеплении или деконъюгации желчных кислот.
К своему удивлению, исследователи МГУ обнаружили, что желчные кислоты, открытые ими в 2020 году, на самом деле производятся ферментом BSH.
Открытие показало, что фермент может действовать наоборот, производя множество микробно-конъюгированных желчных кислот, которые значительно увеличивают разнообразие желчных кислот — и то, что они делают.
«Различные бактерии обладают разными свойствами, когда дело доходит до этой обратной активности, и это может очень сильно изменить функцию желчных кислот», — сказал Куинн.
Открытие также продемонстрировало, что бактерии способны производить те же желчные кислоты, которые когда-то считались исключительными продуктами человеческих клеток.
«Это своего рода молекулярная мимикрия, бросающая вызов научным догмам», — сказал Гузиор.
«Например, если мы обнаружим изменение в профилях конъюгированных желчных кислот, будет ли это происходить на стороне хозяина (скажем, из-за аномалии печени) или на стороне бактерий?»
Научный «Трофей за земельный грант»
В качестве свидетельства совместной работы учреждений и научного сообщества статья МГУ появилась вместе со второй публикацией о желчных кислотах, автором которой является Паттерсон.
Совместное открытие и двойные публикации подобны академическому трофею Land-Grant Trophy — трофею, вручаемому на ежегодном собрании футбольных команд МГУ и штата Пенсильвания, — только здесь обе команды выиграли. Это был успех, вызванный взаимной связью и удачным моментом.
Когда Куинн понял, что обнаружила его команда, он обратился к своему бывшему научному руководителю, профессору Питеру Доррестейну из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Доррестейн дал неожиданный ответ. В тот же день он получил аналогичные новости из лаборатории Паттерсона.
Вместо того, чтобы конкурировать за публикацию, группы MSU и Penn State объединились и работали вместе, чтобы произвести два почти одинаковых открытия.
«Данные были почти обратными», — сказал Куинн. «В то время как мы показали, что фермент производит эти молекулы, лаборатория Паттерсона обнаружила фермент и решила его ингибировать, показав, что молекулы исчезли. Это было идеально дополняюще».
«Большое спасибо Питеру Доррестейну из Калифорнийского университета в Сан-Франциско за то, что он собрал нас всех вместе», — сказал Паттерсон.
«Мы все углубились в понимание этой новой роли BSH, и совместное ее решение сделало этот опыт невероятно полезным, особенно для наших очень талантливых аспирантов из ПГУ и МГУ».
Лаборатория Куинна также выиграла от регионального сотрудничества с экспертами в области здравоохранения из Мичигана.
Стюарт Грэм, директор по метаболомным исследованиям и директор по исследованиям болезни Альцгеймера в Corewell Health, предоставил исследователям МГУ образцы фекалий до и после бариатрической операции.
Молекулярный анализ выявил снижение присутствия микробно-конъюгированных желчных кислот после операции, показывая, что эти желчные кислоты были изменены после изменений в физиологии кишечника.
«Результаты этого исследования подтверждают старую поговорку: «Для этого нужна деревня», — сказал Грэм. «Эти результаты вызывают критические вопросы».
Для Гузиора работа с этими сотрудниками стала ярким событием исследовательского опыта.
«Объединить эти незнакомые в других отношениях лаборатории и провести свободное обсуждение идей, пока мы работали над одновременными открытиями, — в результате получилась одна связная история».
Первые шаги
Независимо от результатов в Ист-Лансинге или Государственном колледже, исследователи из МГУ и Пенсильванского университета рады видеть, что их двойные статьи воплощают силу научного сотрудничества между знаковыми учреждениями и то, как эта работа открыла новую эру в исследованиях желчных кислот. .
«Количество людей, которые сейчас изучают эти молекулы и занимаются изучением микробиома и желчных кислот, огромно», — предположил Куинн, который далее отметил, что, если бы людям можно было предоставить пробиотические микробы, которые, как известно, производят желчные кислоты с полезными свойствами, они бы делают отличные лекарства.
Заглядывая в будущее, Гузиор уверен в том, что ждет в будущем исследования желчных кислот и куда эти последние открытия приведут в дальнейшем.
«Я бы сказал, что мы находимся на третьей ступеньке лестницы, ведущей на 10-й этаж», — сказал Гузиор.
