La investigadora del Baylor College of Medicine, Meng Wang, ya había demostrado que las bacterias que producen un metabolito llamado ácido colánico CA podrían extender la vida útil de los gusanos en su laboratorio hasta en un 50%, pero su colaboración con el biólogo sintético de la Universidad Rice Jeffrey Taborproporciona herramientas para responder la pregunta más importante de cómo el metabolito imparte una vida más larga.
en un estudio publicado en eLife , Wang, Tabor y sus colegas demostraron que podían usar diferentes colores de luz para activar y desactivar los genes de las bacterias intestinales mientras las bacterias estaban en los intestinos de los gusanos. El trabajo fue posible gracias a un sistema de control optogenético que Tabor ha estado desarrollando durante más años.más de una década.
"El grupo de Meng descubrió que el compuesto CA podía prolongar la vida útil, pero no podían decir con certeza si se trataba de un ingrediente dietético que se digiere en el estómago o un metabolito que producen las bacterias en los intestinos", dijo Tabor., profesor asociado de bioingeniería y biociencias en Rice. "Pudimos restringir la producción de CA al intestino y demostrar que tenía un efecto beneficioso sobre las células del intestino".
Para los experimentos, el laboratorio de Tabor diseñó cepas de E. coli para producir CA cuando se exponen a la luz verde, pero no a la roja. Para asegurarse de que las bacterias funcionaran correctamente, el equipo agregó genes para producir diferentes colores de proteínas fluorescentes que mostraríanbrillantemente bajo un microscopio. Siempre había un color presente, para que fuera fácil ver dónde estaban las bacterias dentro de los gusanos, y se hizo un segundo color solo cuando las bacterias estaban produciendo CA.
En colaboración con el laboratorio de Wang, el laboratorio de Tabor mantuvo las bacterias bajo una luz roja y las alimentó a los gusanos, una especie llamada Caenorhabditis elegans C. elegans que se usa comúnmente en las ciencias de la vida. Los investigadores rastrearon el progreso de la bacteria a través del tracto digestivoy encendieron la luz verde cuando llegaron a los intestinos.
"Cuando se exponen a la luz verde, los gusanos portadores de esta cepa de E. coli también vivían más tiempo. Cuanto más fuerte es la luz, mayor es la vida útil", dijo Wang, presidente de Robert C. Fyfe sobre el envejecimiento, profesor de ciencias moleculares y humanasgenética en el Huffington Center on Aging en Baylor y un investigador del Instituto Médico Howard Hughes.
En las células de C. elegans y otras formas de vida de orden superior, desde los humanos hasta las levaduras, los orgánulos especializados llamados mitocondrias suministran la mayor parte de la energía. Miles de mitocondrias trabajan las 24 horas del día en cada célula y mantienen un equilibrio dinámico entre la fisión y la fusión.pero se vuelven menos eficientes con el tiempo. A medida que las personas y otros organismos envejecen, la disfunción de las mitocondrias conduce a un deterioro funcional en sus células.
En experimentos anteriores con C. elegans, Wang y sus colegas demostraron que la CA puede regular el equilibrio entre la fisión y la fusión mitocondrial en las células intestinales y musculares para promover la longevidad. Los gusanos suelen vivir unas tres semanas, pero el laboratorio de Wang ha demostrado que CApueden extender su vida a 4.5 semanas, 50% más de lo habitual.
Tabor dijo que esto plantea una serie de preguntas. Por ejemplo, si el CA se produce en el intestino, ¿las células intestinales se benefician primero? ¿El efecto beneficioso del CA está relacionado con su nivel? Y, lo más importante, ¿los beneficios mitocondriales se extienden por todo elcuerpo de los intestinos?
en el eLife estudio, los investigadores encontraron que la producción de CA en el intestino mejoró directamente la función mitocondrial en las células intestinales en poco tiempo. No encontraron evidencia de beneficios mitocondriales a corto plazo tan directos en las células musculares de los gusanos. Por lo tanto, la longevidad-el efecto promotor de CA comienza en el intestino y luego se extiende a otros tejidos con el tiempo.
"Con nuestra tecnología, podemos usar la luz para encender la producción de CA y ver el efecto viajar a través del gusano", dijo Tabor.
Dijo que la precisión de la tecnología optogenética podría permitir a los investigadores hacer preguntas fundamentales sobre el metabolismo intestinal.
"Si puede controlar el momento y la ubicación de la producción de metabolitos con precisión, puede pensar en diseños experimentales que muestren causa y efecto", dijo.
Mostrar que las bacterias intestinales tienen un impacto directo en la salud o la enfermedad sería un gran logro.
"Sabemos que las bacterias intestinales afectan muchos procesos en nuestro cuerpo", dijo Tabor. "Se han relacionado con la obesidad, la diabetes, la ansiedad, el cáncer, las enfermedades autoinmunes, las enfermedades cardíacas y las enfermedades renales. Ha habido una explosión de estudios que miden lo quebacterias que tienes cuando tienes esta o aquella enfermedad, y muestra todo tipo de correlaciones ".
Pero hay una gran diferencia entre mostrar correlación y causalidad, dijo Tabor.
"El objetivo, lo que realmente desea, son las bacterias intestinales que puede comer y que mejorarán la salud o tratarán enfermedades", dijo.
Pero es difícil para los investigadores demostrar que las moléculas producidas por las bacterias intestinales causan enfermedad o salud. Eso se debe en parte a que el intestino es de difícil acceso experimentalmente y es especialmente difícil diseñar experimentos que muestren lo que está sucediendo en lugares específicos dentro del intestino.
"El intestino es un lugar de difícil acceso, especialmente en los grandes mamíferos", dijo Tabor. "Nuestros intestinos miden 28 pies de largo y son muy heterogéneos. El pH cambia y las bacterias cambian drásticamente a lo largo del camino.También lo hacen los tejidos y lo que están haciendo, como las moléculas que secretan.
"Para responder preguntas sobre cómo las bacterias intestinales influyen en nuestra salud, es necesario poder activar genes en lugares específicos y en momentos particulares, como cuando un animal es joven o cuando un animal se despierta por la mañana", dijo.. "Necesitas ese nivel de control para estudiar las vías en su propio territorio, dónde ocurren y cómo ocurren".
Debido a que usa luz para activar genes, la optogenética ofrece ese nivel de control, dijo Tabor.
"Hasta este punto, la luz es realmente la única señal que tiene suficiente precisión para activar genes bacterianos en el intestino delgado versus el grueso, por ejemplo, o durante el día pero no por la noche", dijo.
Tabor dijo que él y Wang han discutido muchas formas en que podrían usar la optogenética para estudiar el envejecimiento.
"Ha encontrado dos docenas de genes bacterianos que pueden extender la vida útil en C. elegans, y no sabemos cómo funcionan la mayoría de ellos", dijo Tabor. "Los genes del ácido colánico son realmente intrigantes, pero hay muchos más queMe gustaría encender con luz en el gusano para descubrir cómo funcionan. Podemos usar la técnica exacta que publicamos en este artículo para explorar esos nuevos genes también. Y otras personas que están estudiando el microbioma también pueden usarlo. Es una herramienta poderosa para investigar cómo las bacterias benefician nuestra salud ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Jade Boyd. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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