Laborjournal online Journalclub - a baktériumok rossz úton járnak
Sigrid március
Illusztráció: iStock/Natallia Yatskova; szerkesztette JM
(2020.10.12.) LEIPZIG: Az elhízott emberek időnként anyagcserezavarokban és 2-es típusú cukorbetegségben szenvednek. A kutatók kimutatták, hogy ezeknél a betegeknél a belekből több baktérium jut be a környező zsírszövetbe, és ott gyulladásos reakciókat vált ki: minél több baktériumot találnak, annál magasabbak a gyulladás értékei és annál betegebbek a betegek.
A felnőttek több mint fele Németországban túlsúlyos, így testtömeg-indexük (BMI) meghaladja a 25 kg/m 2 -et; körülbelül 16 százaléka nagyon túlsúlyos (elhízott; BMI több mint 30 kg/m 2). Az elhízás káros az egészségre, a zsír felhalmozódásának helyétől függően. Különösen az úgynevezett zsigeri zsír, amely körülveszi a hasi belső szerveket és megvédi őket a mechanikai behatásoktól, hajlamos bővülni, ha túlzott az élelmiszer-kínálat. Ez a zsigeri zsír azonban nem csak körül fekszik, hanem különféle hormonokat és adipokineket is kiválaszt. Ide tartoznak például a citokinek, például az interleukin-6 (IL-6) és a tumor nekrózis faktor (TNF) -α, vagy a peptid hormon adiponektin, egy inzulinmodulátor. Érthető, hogy a túl sok zsigeri zsír ki tudja egyensúlyozni az emberi anyagcserét.
A zsigeri elhízás számos betegség, például érelmeszesedés, rák vagy 2-es típusú cukorbetegség jól ismert kockázati tényezője. Körülbelül hétmillió ember él cukorbetegségben. A betegek több mint 95 százaléka 2-es típusú, inzulinrezisztenciát mutat, amely idős korban gyakran felkúszik. A hasnyálmirigy kezdetben továbbra is elegendő inzulint termel - szemben az 1-es típusú cukorbetegséggel -, de a célszerv már nem szívja fel. Ez tartósan megnövekedett vércukorszinthez vezet, ami elősegíti a szerv károsodását és szövődményeit, például agyvérzést és a szívrohamot. A 2-es típusú cukorbetegség legfontosabb kockázati tényezői a genetikai hajlam és a túl kevés testmozgás mellett a túlsúlyosak. A betegek 90 százaléka túlsúlyos, negyede még elhízott is.
De miért szenvednek egyesek az elhízottak anyagcserében nagyon, mások pedig nem? Ezt a kérdést teszik fel a lipcsei egyetemi kórház Klinikájának és Poliklinikájának Endokrinológiai, Nefrológiai és Reumatológiai Kutatói, pontosabban Kovács Péter tanulmányigazgató. Az elhízás és a cukorbetegség genetikájának professzora az elhízási betegségek integrált kutatási és kezelési központjában. A szlovákiai gyógyszerészi tanulmányok után Kovács Greifswaldba került, ahol 1998-ban doktorált a 2-es típusú cukorbetegség genetikájáról. Posztdoktori évek után az Országos Egészségügyi Intézetben Phoenixben (Arizona) Lipcsében kötött ki. Ott találkozott Rima Chakaroun orvossal. Az endokrinológus doktori disszertációja során adipokinekkel foglalkozott, majd később tanulmányt indított a bélmikrobiom elhízásra és anyagcsere-betegségekre gyakorolt hatásáról.
Ez optimális kombinációnak tűnik az elhízás és a 2-es típusú cukorbetegség közötti kapcsolat vizsgálatához. A kutatók különösen elgondolkodtatónak találták, hogy sok elhízott ember zsírszövetében gyulladásos folyamatokat figyeltek meg. „A magas zsírtartalmú étrend részeként más kutatók etették az egereket fluoreszcenciával jelölt baktériumokat tartalmazó étellel. Később ezeknek a baktériumoknak a töredékeit találták a zsírszövetben ”- számol be Chakaroun. A baktériumok okozták a gyulladás tüneteit? "Tehát elkezdtünk baktériumokat keresni az emberi zsírszövetben" - mondja Kovács. Ennek eredményeként a Gutban megjelent egy publikáció, amelynek első szerzői Chakaroun és az (akkor még) doktorandusz, Lucas Massier voltak (69: 1796-806).
A tanulmányhoz a lipcsei kutatók 75 olyan beteget toboroztak (BMI átlagosan 48 kg/m 2), akik bariatrikus műtéten estek át. A Roux-en-Y gyomor bypass műtét egyfajta gyomorcsökkentés és a vékonybél rövidítése. Tehát az étel az elkerülő autópályán halad az emésztőrendszeren keresztül. Ez segít az embereknek a súlycsökkentésben, többek között azért, mert az étel nem teljesen felszívódik. A vizsgált személyek közül 33 volt 2-es típusú cukorbetegség is, jelentősen megnövekedett gyulladás-paraméterekkel és a vér glükóz-anyagcseréjének kóros értékeivel.
Az eljárás során a sebészek különféle helyekről vettek mintákat a szubkután és a zsigeri zsírokból - a lehető legsterilebbé -, például az omentumból (a hashártyán lévő hálózatszerű szerkezet) vagy a mesenteriumból (a bélszuszpenzió része). Ezekből a szövetmintákból Massier, Chakaroun és munkatársai izolálták a DNS-t és az RNS-t, és létrehoztak szövetrészeket.
Valójában a kutatók bakteriális DNS-t találtak a zsírszövetben, bár rendkívül kis mennyiségben. A teljes DNS mikrogrammjánként csak 0,1–0,5 pikogramm származik nem embertől, hanem baktériumoktól. A szövetmintákban található bakteriális 16S rRNS gén szekvenálása során ezután számos nyomot találtak. Néhányat ki lehet zárni szennyezésként bioinformatikai algoritmusok segítségével, de a cukorbetegek és a cukorbetegek 18 baktériumfajban különböznek egymástól. A kutatók ezt a jelenséget szövetspecifikus, taxonómiai baktériumjelnek nevezték, amely összefüggésben állt a gyulladásos markerek és az anyagcsere-paraméterek előfordulásával is.
Kovács Peter, Rima Chakaroun és Lucas Massier megoldották a rejtélyt, miért gyulladt meg sok elhízott ember zsírszövete. Fotó: Universitätsmedizin Leipzig (balra); Privát (középső és jobb)
A betegek mindkét csoportjában a Proteobacteria és a Firmicutes törzs baktériumai is voltak a zsírszövetben és szisztémásan. Különösen ismert, hogy az elhízott emberek bélmikrobiomájában az átlagosnál gyakrabban fordulnak elő a törzsbetegségek baktériumai. "Tudjuk, hogy a bél mikrobiómjában bizonyos baktériumok elősegítik a súlygyarapodást, és hogy a mikrobiom összetétele mind a génektől, mind az életstílusunktól függ" - mondja Chakaroun. Ezért a kutatók nem lepődtek meg, amikor találkoztak ezekkel a baktériumtörzsekkel. Az eredmények nem tudták megválaszolni, hogy a mikrobák valóban a bélfalon keresztül vándorolnak-e a környező szövetbe, vagy passzívan felszívódnak - úgymond sejttörmelékként.
Ezért nem volt elég a lipcsei kutatók számára, hogy az emberi zsírszövetben baktérium DNS-fragmenseket kutassanak. Meg akarták mutatni, hogy a hasban a bélen kívül ép baktériumok vannak. Ennek érdekében egy olyan módszerhez folyamodtak, amelyet ténylegesen alkalmaznak a környezeti elemzés során. "A KÁRTYA-HAL lényegesen érzékenyebb, mint önmagában a FISH, és reméltük, hogy képesek leszünk kimutatni kis mennyiségű baktériumot a zsírszövetben" - mondja Kovács, és Chakaroun hozzáteszi: "Mivel nem vagyunk mikrobák szakértői, ezeket a teszteket együtt végezzük Niculina Musat-val készült a Lipcsei Környezetkutató Központból (UFZ). "
Mi az a KÁRTYA-HAL? A FISH-t fluoreszcenciás in situ hibridizációként ismerjük, vagyis olyan hibridizációs módszerként, amelyben fluoreszcenciával jelölt nukleotidszondákat alkalmaznak például komplementer DNS vagy RNS halászatára szövetszelvényeken. Sok környezeti mintában nemcsak apró baktériumcsoportok találhatók, hanem bármilyen mennyiségű szennyeződésben is jól eloszlanak. Ez azt jelenti, hogy a háttérjelek gyakran lényegesen nagyobbak, mint a szonda tényleges fluoreszcencia jele. Ennek kiküszöbölése érdekében a FISH-hez most csatlakozik a CARD, Catalysed Reporter Deposition: Az immunhisztokémia klasszikus szöveti szakaszát hibridizálják egyszálú DNS-próbával az eubacteriumok ellen. Ez a szonda nem fluorofort tartalmaz, hanem a HRP enzimet (torma-peroxidáz). Hidrogén-peroxid jelenlétében a peroxidáz inaktív, fluoreszcenciával jelzett tiramidokat alakít tiramid gyökökké. Ezek viszont kovalensen kötődnek a HRP közvetlen közelében lévő fehérjék aromás mellékláncaihoz - például tirozinhoz. Mivel ez a folyamat enzimatikus, sok tiramid "radikalizálódik" az idő múlásával.
Szondánként egy fluorofor helyett a kutató legfeljebb 1000 fluoreszcens jelet kap a Tyramid Signal Amplification (TSA) segítségével. Ily módon még a baktériumok legkisebb nyoma is megragadja a tekintetet. A CARD-FISH segítségével a baktériumok anélkül detektálhatók és számszerűsíthetők, hogy előzetesen eltávolítaniuk vagy gazdagítaniuk kellene őket. És a lipcsei kutatók pontosan ezt érték el - ép baktériumokat találtak az emberi zsírszövetben. Megmutatták azt is, hogy minél több baktérium van a zsírszövetben, annál magasabb a gyulladás szintje és annál betegebbek a betegek. Az a következtetés, amelyet Chakaroun és Kovacs ezekből az eredményekből von le: a zsírszövetben lévő baktériumok mennyisége és összetétele szintén hozzájárul a 2-es típusú cukorbetegek és túlsúlyos emberek gyulladásához.
Nem világos, hogy a baktériumok pontosan hogyan kerülnek a zsigeri zsírba. "A belek az egyik legnagyobb kapcsolódási pontok a környezetünkhöz" - mondja Chakaroun. „Ismert, hogy bizonyos étkezési szokások vagy alkoholfogyasztás befolyásolják a bél permeabilitását.” Ezenkívül egyes baktériumok - például az Enterobacteriaceae - mérgező lipopoliszacharidokat termelnek, amelyek szintén áteresztőbbé teszik a bélfalat. Ily módon a bélflóra baktériumai könnyen elvándorolhatnak a környező szövetekbe vagy elmosódhatnak. "Egy következő projektben megmérjük a betegek béláteresztő képességét, hogy ezt is igazolni tudjuk" - mondja Kovács.
De vajon a zsírszövetben található néhány baktérium valóban elegendő-e az immunreakció kiváltásához és az emberek megbetegítéséhez? Végül a kutatók kiszámolták, hogy a zsírszövetben található baktérium-DNS csekély mennyisége nagyjából megegyezik egy-egy baktériummal minden 100 adipocita után. Ezért a sejttenyésztési modellben az adipocitákat hasonló mennyiségű bakteriális DNS-sel bosszantották. És íme - a sejtek felháborodási viharral reagáltak, és - a koncentrációtól függően - felszabadították az IL-6 és a TNFα gyulladásos markereit.
A lipcsei kutatók a jövőben további szövetminták vizsgálatát tervezik. "Egyfajta biobankot szeretnénk létrehozni ehhez a projekthez, amelyben természetesen az egészséges és normál testsúlyú tesztalanyok szervkontrolljait tároljuk" - mondja Kovács. Eddig ez etikai aggályok miatt kudarcot vallott. De a klinikával megbeszélést folytatnak arról, hogy miként lehet továbbra is hozzáférni az egészséges szövetekhez.
A tanulmány társszerzője, Lucas Massier azonban egyelőre nem vesz részt a nyomonkövetési kísérletekben. "Ez a tanulmány növelte piaci értékét, és ezért felvették a stockholmi Karolinska Intézetbe, mielőtt megvédenék a doktori disszertációt" - mondja Kovács. De ott is tovább dolgozik a zsírszövet biológiáján.
Utolsó változtatások: 2020.10.12