Πώς τα βακτήρια βοηθούν στη ρύθμιση της αρτηριακής πίεσης

Πριν από μερικά χρόνια, όταν η Jennifer Pluznick πλησίαζε στο τέλος της εκπαίδευσής της στη φυσιολογία και τα αισθητήρια συστήματα, τρόμαξε όταν ανακάλυψε κάτι στα νεφρά που φαινόταν περίεργα παράξενα. Ήταν ένας υποδοχέας μυρωδιάς, μια πρωτεΐνη που θα έμοιαζε περισσότερο στο σπίτι στη μύτη. Δεδομένου ότι τα νεφρά φιλτράρουν τα απόβλητα στα ούρα και διατηρούν τη σωστή περιεκτικότητα σε αλάτι στο αίμα, ήταν δύσκολο να δούμε πώς ένας υποδοχέας οσμής θα μπορούσε να είναι χρήσιμος εκεί. Ωστόσο, καθώς εμβαθύνει σε αυτό που έκανε ο υποδοχέας οσμής, η Pluznick κατέληξε σε ένα εκπληκτικό συμπέρασμα:Το νεφρό λαμβάνει μηνύματα από το μικροβίωμα του εντέρου, τα συμβιωτικά βακτήρια που ζουν στα έντερα.

Τα τελευταία χρόνια, ο Pluznick, ο οποίος είναι τώρα αναπληρωτής καθηγητής φυσιολογίας στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins, και μια μικρή ομάδα ομοϊδεατών ερευνητών συνέταξαν μια εικόνα του τι λένε οι κάτοικοι του εντέρου στο νεφρό. Διαπίστωσαν ότι αυτές οι ανακοινώσεις επηρεάζουν την αρτηριακή πίεση, έτσι ώστε αν καταστραφούν τα μικρόβια, ο ξενιστής υποφέρει. Οι ερευνητές αποκάλυψαν μια άμεση, μοριακού επιπέδου εξήγηση για το πώς το μικροβίωμα συνωμοτεί με τα νεφρά και τα αιμοφόρα αγγεία για να χειραγωγήσουν τη ροή του αίματος.

Ο υποδοχέας όσφρησης, που ονομάζεται Olfr78, ήταν ορφανός στην αρχή:Είχε προηγουμένως παρατηρηθεί στους αισθητήριους ιστούς της μύτης, αλλά κανείς δεν ήξερε σε ποιο συγκεκριμένο άρωμα ή χημικό αγγελιοφόρο ανταποκρινόταν. Ο Pluznick ξεκίνησε δοκιμάζοντας διάφορες χημικές δυνατότητες και τελικά περιόρισε τους υποψήφιους σε οξικό και προπιονικό. Αυτά τα μόρια λιπαρών οξέων μικρής αλυσίδας προέρχονται από τη διάσπαση της ζύμωσης μακριών αλυσίδων υδατανθράκων - αυτό που οι διατροφολόγοι αποκαλούν διαιτητικές ίνες. Οι άνθρωποι, τα ποντίκια, οι αρουραίοι και άλλα ζώα δεν μπορούν να αφομοιώσουν τις φυτικές ίνες, αλλά τα βακτήρια που ζουν στα έντερά τους μπορούν.

Ως αποτέλεσμα, περισσότερο από το 99 τοις εκατό του οξικού και προπιονικού που επιπλέει μέσω της κυκλοφορίας του αίματος απελευθερώνεται από τα βακτήρια καθώς τρέφονται. «Οποιαδήποτε συνεισφορά του οικοδεσπότη είναι πραγματικά ελάχιστη», είπε ο Pluznick. Επομένως, τα βακτήρια είναι η μόνη σημαντική πηγή του τι ενεργοποιεί το Olfr78 — το οποίο, έδειξαν περαιτέρω πειράματα, εμπλέκεται στη ρύθμιση της αρτηριακής πίεσης.

Το σώμα μας πρέπει να διατηρεί μια λεπτή ισορροπία με την αρτηριακή πίεση, όπως όταν η ηλεκτρική ενέργεια περνάει μέσα από ένα καλώδιο, όπου η υπερβολική ποσότητα σημαίνει έκρηξη και η πολύ μικρή σημαίνει διακοπή ρεύματος. Εάν η αρτηριακή πίεση είναι πολύ χαμηλή, ένας οργανισμός χάνει τις αισθήσεις του. εάν είναι πολύ υψηλή, η πίεση στην καρδιά και τα αιμοφόρα αγγεία μπορεί να είναι θανατηφόρα. Επειδή τα πλάσματα πλημμυρίζουν συνεχώς το αίμα τους με θρεπτικά συστατικά και χημικά σήματα που αλλάζουν την ισορροπία, ο έλεγχος πρέπει να είναι δυναμικός. Ένας από τους τρόπους με τους οποίους το σώμα ασκεί αυτόν τον έλεγχο είναι με μια ορμόνη που ονομάζεται ρενίνη, η οποία στενεύει τα αιμοφόρα αγγεία όταν χρειάζεται να διατηρηθεί η πίεση. Η Olfr78, ανακάλυψαν η Pluznick και οι συνεργάτες της, συμβάλλει στην παραγωγή ρενίνης.

Πώς κληρονόμησε αυτή τη δουλειά ένας υποδοχέας οσμής; Τα γονίδια για τους υποδοχείς οσμής υπάρχουν σχεδόν σε κάθε κύτταρο του σώματος. Εάν κατά τη διάρκεια της εξέλιξης αυτοί οι χημικοί αισθητήρες συνδέονταν με το μηχάνημα για την παραγωγή μιας ορμόνης και όχι με έναν νευρώνα όσφρησης, και αν αυτή η σύνδεση αποδεικνυόταν χρήσιμη, η εξέλιξη θα είχε διατηρήσει τη διάταξη, ακόμη και σε μέρη του σώματος τόσο μακριά από τη μύτη όπως είναι τα νεφρά.

Ωστόσο, το Olfr78 δεν ήταν το τέλος της ιστορίας. Ενώ η ομάδα εκτελούσε αυτά τα πειράματα, συνειδητοποίησε ότι ένας άλλος υποδοχέας που ονομάζεται Gpr41 λάμβανε επίσης σήματα από το μικροβίωμα του εντέρου. Σε ένα έγγραφο πέρυσι, η πρώτη μεταπτυχιακή φοιτήτρια του Pluznick, Niranjana Natarajan, τώρα μεταδιδακτορική υπότροφος στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ, αποκάλυψε τον ρόλο του Gpr41, τον οποίο βρήκε στα εσωτερικά τοιχώματα των αιμοφόρων αγγείων. Όπως το Olfr78, το Gpr41 είναι γνωστό ότι ανταποκρίνεται στο οξικό και το προπιονικό - αλλά μειώνει την αρτηριακή πίεση αντί να την αυξάνει. Επιπλέον, το Gpr41 αρχίζει να ανταποκρίνεται σε χαμηλά επίπεδα οξικού και προπιονικού, ενώ το Olfr78 εμφανίζεται μόνο σε υψηλότερα επίπεδα.

Δείτε πώς ταιριάζουν τα κομμάτια μεταξύ τους:Όταν εσείς —ή ένα ποντίκι ή οποιοσδήποτε άλλος οργανισμός ξενιστής του οποίου τα όργανα και τα μικρόβια μιλούν με αυτόν τον τρόπο— τρώτε ένα γεύμα και διαιτητικές ίνες χτυπούν το έντερο, τα βακτήρια τρέφονται και απελευθερώνουν το σήμα τους για λιπαρά οξέα. Αυτό ενεργοποιεί το Gpr41, το οποίο μειώνει την αρτηριακή πίεση καθώς όλα τα θρεπτικά συστατικά που καταναλώνονται πλημμυρίζουν την κυκλοφορία.

Εάν συνεχίσετε να τρώτε - μια φέτα πίτα στο δείπνο της Ημέρας των Ευχαριστιών, μια άλλη βοήθεια από πουρέ πατάτας - το Gpr41, αφημένο μόνο του, μπορεί να μειώσει την πίεση σε επικίνδυνα επίπεδα. «Πιστεύουμε ότι εκεί έρχεται το Olfr78», είπε ο Pluznick. Αυτός ο υποδοχέας, που ενεργοποιείται καθώς φθάνει το επόμενο κύμα λιπαρών οξέων, εμποδίζει την αρτηριακή πίεση να φτάσει στο κάτω μέρος καλώντας τη ρενίνη να συσπάσει τα αιμοφόρα αγγεία.

Η νέα κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα συμβιωτικά βακτήρια χειραγωγούν την αρτηριακή πίεση είναι εμβληματική της ευρύτερης προόδου στη σύνδεση του μικροβιώματος με τα ζωτικά στατιστικά στοιχεία και την υγεία μας. Ενώ οι ασαφείς δηλώσεις σχετικά με την επίδραση του μικροβιώματος στην υγεία έχουν γίνει συνηθισμένες τα τελευταία χρόνια, το πεδίο έχει προχωρήσει πέρα ​​από την απλή δημιουργία συσχετισμών, δήλωσε ο Jack Gilbert, ερευνητής μικροβιώματος στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο.

«Όλοι συνεχίζουν την υπόσχεσή τους», είπε. Αλλά στην πραγματικότητα, μελέτες γεμάτες μηχανιστικές λεπτομέρειες, όπως αυτές που έχουν δημοσιεύσει η Pluznick, οι συνεργάτες της και άλλοι ερευνητές, αυξάνονται ολοένα και περισσότερο.

Τον Ιούνιο του περασμένου έτους, τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας συγκάλεσε μια ομάδα εργασίας για τον έλεγχο της αρτηριακής πίεσης από το μικροβίωμα. Ερευνητές συναντήθηκαν στο Μέριλαντ για να αναλύσουν ποιες σημαντικές ερωτήσεις πρέπει ακόμη να απαντηθούν, συμπεριλαμβανομένου του ρόλου που παίζει το γενετικό υπόβαθρο του ξενιστή — εάν, για παράδειγμα, το μικροβίωμα έχει μεγαλύτερη σημασία για ορισμένους ξενιστές παρά για άλλους.

«Υπάρχει πολύς ενθουσιασμός [σχετικά με] τη λήψη περισσότερων δεδομένων», δήλωσε ο Bina Joe, καθηγητής φυσιολογικής γονιδιωματικής και διευθυντής του Κέντρου Υπέρτασης και Εξατομικευμένης Ιατρικής στο Πανεπιστήμιο του Τολέδο. Αν κοιτάξετε το PubMed, συνέχισε, υπάρχουν περισσότερες κριτικές για τη βιβλιογραφία του μικροβιώματος παρά ερευνητικές εργασίες. Τα άρθρα ανασκόπησης προκαλούν το ενδιαφέρον των νέων ερευνητών — αλλά υπάρχουν ακόμη περισσότερες λεπτομέρειες που πρέπει να διατυπωθούν.

Η κατανόηση αυτών των λεπτομερειών είναι το κλειδί για να γνωρίζουμε εάν η μεταμόσχευση ενός συγκεκριμένου συνόλου μικροβίων σε κάποιον μπορεί να αναδιαμορφώσει τη βιολογία του αποδέκτη αρκετά ώστε να θεραπεύσει ένα πρόβλημα υγείας, όπως ελπίζουν ορισμένοι υποστηρικτές της εξατομικευμένης ιατρικής. Μια διάσημη πρώιμη μελέτη έδειξε ότι δίνοντας σε αδύνατα ποντίκια το μικροβίωμα ενός παχύσαρκου ανθρώπου τα έκανε επίσης παχύσαρκα, ενώ το μικροβίωμα των αδύνατων ανθρώπων κράτησε τα ποντίκια αδύνατα. «Υπάρχει ένα έγγραφο που κυκλοφόρησε νωρίτερα φέτος… που έδειξε ότι ίσως αυτό μπορεί να συμβεί και με την αρτηριακή πίεση», είπε η Pluznick, αν και προειδοποίησε ότι η μελέτη ήταν μικρή και χρειαζόταν παρακολούθηση. Αλλά θεωρητικά, ακόμα κι αν η εναλλαγή νέων βακτηρίων θα μπορούσε να μειώσει ελαφρώς την αρτηριακή πίεση όσων έχουν γενετική τάση προς την υπέρταση, θα μπορούσε να κάνει τη διαφορά κατά τη διάρκεια της ζωής.

«Μπορεί να είναι κάτι που είναι πιο εύκολο να το χειριστείς από τα γονίδιά σου ή τα γονίδιά μου. Αυτά είναι πολύ πιο δύσκολο να αλλάξουν», είπε.

Αυτό το άρθρο ανατυπώθηκε στο ScientificAmerican.com.