Микробы в нашем кишечнике важны для общего здоровья, но некоторые бактерии могут вызывать воспаление, повреждать ДНК и способствовать развитию таких заболеваний, как рак.

Известно, что нарушения тонкого баланса между реакциями окисления и восстановления (известного как «окислительно-восстановительный гомеостаз») в желудочно-кишечном тракте вызывают окислительный стресс и способствуют возникновению различных заболеваний.

То, как этот окислительно-восстановительный баланс зависит от привычек питания бактерий и их роста в микробиоме кишечника, давно интересовало ученых. Предыдущие исследования показали, как кишечные микробы расщепляют углеводы для выработки энергии в этой сложной экосистеме.

В новых результатах исследований, опубликованных в журнале Cell Host & Microbe , лаборатория Ставролы Хациос в Йельском институте микробиологических наук выяснила, как различные типы кишечных бактерий питаются известным диетическим антиоксидантом, содержащимся в грибах и других распространенных продуктах питания.

Результаты исследования проливают свет на новый молекулярный путь как потенциальный источник терапевтических средств для борьбы с колоректальным раком.

Наши кишечные бактерии расщепляют небольшие молекулы, содержащиеся в пище, для создания метаболитов, используемых в процессе производства энергии организмом , или в том, что мы называем нашим метаболизмом.

Чтобы максимизировать производство энергии в условиях недостатка кислорода в толстой кишке, определенные кишечные бактерии работают сообща, вырабатывая метаболиты, которые стимулируют анаэробное дыхание.

Оставалось неизвестным, существуют ли аналогичные микробные пути для преобразования других важных пищевых веществ, таких как антиоксидантные витамины, в топливо для окислительно-восстановительных реакций .

Используя метаболомные и метагеномные методы, лаборатория Хациоса приступила к выявлению новых микробных метаболитов пищевого антиоксиданта эрготионеина в группах пациентов и образцах мышей.

Серосодержащий антиоксидант эрготионеин, который в большом количестве содержится в грибах и ферментированных продуктах, не синтезируется растениями или животными, а усваивается из пищи и импортируется бактериями-хозяевами.

«Мы выявили совершенно новый химический процесс, в котором метаболизм эрготионеина способствует взаимодействию между различными видами кишечных бактерий», — пояснил Чжэ Чжоу, постдок, работающий с Хациосом и являющийся доцентом кафедры молекулярной, клеточной и онтогенетической биологии и химии Йельского университета, а также членом Йельского онкологического центра.

Лаборатория Хациоса использует химические и биологические инструменты для изучения ферментов и других белков, которые формируют динамику взаимодействия хозяина и микроба в желудочно-кишечном тракте .

Впервые их открытия показывают, что бактерии из разных типов могут «перекрестно питать» пищевые антиоксиданты, чтобы стимулировать окислительно-восстановительные реакции в кишечнике с выработкой энергии.

Используя масс-спектрометрию в Западном кампусе университета, а также вычислительный анализ, проведенный сотрудниками Национальных институтов здравоохранения, группа определила микробный метаболический путь, который обогащен у пациентов с колоректальным раком.

Раскрытие эволюционных ключей к межвидовым взаимодействиям в нашем кишечнике помогает ученым понять, как функционирует микробиом, приближая нас к разработке методов лечения, защищающих клетки от окислительного повреждения и связанных с ним заболеваний.