Descoperire Surprinzătoare: Care sunt Bacteriile Care Pot Reduce Riscul Bolilor de Inimă

O echipă de cercetători de la Broad Institute of MIT și Harvard, împreună cu Massachusetts General Hospital, a descoperit că microbii din intestin pot afecta și bolile cardiovasculare. Într-un studiu publicat în revista Cell, echipa a identificat specii specifice de bacterii care consumă colesterolul din intestin și care pot ajuta la scăderea nivelului de colesterol și a riscului de boli cardiace la oameni.

Membrii laboratorului lui Ramnik Xavier, Platforma de Metabolomică a Broad și colaboratorii au analizat metabolitele și genomurile microbiene de la peste 1.400 de participanți în cadrul Studiului Framingham Heart, un proiect de zeci de ani concentrat pe factorii de risc pentru bolile cardiovasculare. Echipa a descoperit că bacteriile numite Oscillibacter absorb și metabolizează colesterolul din mediul lor, iar persoanele care aveau niveluri mai mari ale acestui microb în intestin aveau niveluri mai scăzute de colesterol. De asemenea, au identificat mecanismul pe care bacteriile îl folosesc probabil pentru a descompune colesterolul. Rezultatele sugerează că intervențiile care manipulează microbiomul în moduri specifice ar putea, într-o zi, ajuta la scăderea colesterolului la oameni. Descoperirile pun, de asemenea, bazele unor investigații mai direcționate despre cum modificările microbiomului afectează sănătatea și bolile.

„Cercetările noastre integrează descoperirile din studiile pe subiecți umani cu validarea experimentală pentru a ne asigura că obținem informații mecaniciste acționabile, care vor servi drept puncte de plecare pentru a îmbunătăți sănătatea cardiovasculară,” a spus Xavier, care este membru principal al institutului, director al Programului de Imunologie și co-director al Programului de Boli Infecțioase și Microbiom la Broad. El este, de asemenea, profesor la Harvard Medical School și la Massachusetts General Hospital.

Cercetătorul postdoctoral Chenhao Li și cercetătorul științific Martin Stražar, ambii din laboratorul lui Xavier, au fost co-autori principali ai studiului.

Indicii despre colesterol

În ultimul deceniu, alți cercetători au descoperit legături între compoziția microbiomului intestinal și elementele bolilor cardiovasculare, cum ar fi nivelul trigliceridelor și glicemia după masă. Dar oamenii de știință nu au reușit să țintească aceste conexiuni cu terapii, în parte pentru că le lipsea o înțelegere completă a căilor metabolice din intestin.

În noul studiu, echipa de la Broad a obținut o imagine mai completă și detaliată a impactului microbilor intestinali asupra metabolismului. Au combinat secvențierea metagenomică shotgun, care profilează tot ADN-ul microbian dintr-o probă, cu metabolomica, care măsoară nivelurile a sute de metaboliți cunoscuți și a mii de metaboliți necunoscuți. Au folosit aceste instrumente pentru a studia probele de scaun din cadrul Studiului Framingham Heart.

„Rezultatele proiectului subliniază importanța datelor de calitate, curate, de la pacienți,” a spus Stražar. „Acest lucru ne-a permis să observăm efecte care sunt foarte subtile și greu de măsurat și să le urmărim direct.”

Abordarea a descoperit peste 16.000 de asocieri între microbi și trăsături metabolice, inclusiv una care a fost deosebit de puternică: persoanele cu mai multe specii de bacterii din genul Oscillibacter aveau niveluri mai scăzute de colesterol decât cele care nu aveau bacteriile. Cercetătorii au descoperit că speciile din genul Oscillibacter erau surprinzător de abundente în intestin, reprezentând în medie 1 din fiecare 100 de bacterii.

Cercetătorii au dorit apoi să determine calea biochimică prin care microbii descompun colesterolul. Pentru a face acest lucru, au trebuit mai întâi să crească organismul în laborator. Din fericire, laboratorul a colectat de-a lungul anilor bacterii din probe de scaun pentru a crea o bibliotecă unică, care includea și Oscillibacter.

După ce au reușit să crească bacteriile, echipa a folosit spectrometria de masă pentru a identifica cele mai probabile produse secundare ale metabolismului colesterolului în bacterii. Acest lucru le-a permis să determine căile pe care bacteriile le folosesc pentru a reduce nivelurile de colesterol. Au descoperit că bacteriile converteau colesterolul în produse intermediare care apoi puteau fi descompuse de alte bacterii și excretate din organism. Apoi, echipa a folosit modele de învățare automată pentru a identifica enzimele candidate responsabile pentru această conversie biochimică și apoi a detectat acele enzime și produsele de descompunere a colesterolului specific în anumite Oscillibacter în laborator.

Echipa a descoperit și o altă specie de bacterie intestinală, Eubacterium coprostanoligenes, care contribuie, de asemenea, la scăderea nivelurilor de colesterol. Această specie poartă o genă despre care oamenii de știință au arătat anterior că este implicată în metabolismul colesterolului. În noul studiu, echipa a descoperit că Eubacterium ar putea avea un efect sinergic cu Oscillibacter asupra nivelurilor de colesterol, ceea ce sugerează că noi experimente care studiază combinațiile de specii bacteriene ar putea ajuta la înțelegerea modului în care diferitele comunități microbiene interacționează pentru a afecta sănătatea umană.

Mesaje microbiene

Marea majoritate a genelor din microbiomul intestinal uman rămâne necaracterizată, dar echipa este încrezătoare că succesul lor în identificarea enzimelor care metabolizează colesterolul deschide calea pentru descoperirea altor căi metabolice similare afectate de microbii intestinali, care ar putea fi țintite terapeutic.

„Există multe studii clinice care încearcă să facă studii de transfer de microbiom fecal fără a înțelege prea bine cum interacționează microbii între ei și cu intestinul,” a spus Li. „Sperăm că, concentrându-ne mai întâi pe un anumit microb sau genă, vom obține o înțelegere sistematică a ecologiei intestinale și vom veni cu strategii terapeutice mai bune, cum ar fi țintirea unui singur microb sau a câtorva.”

„Din cauza numărului mare de gene cu funcție necunoscută din microbiomul intestinal, există lacune în capacitatea noastră de a prezice funcțiile metabolice,” a adăugat Li. „Munca noastră subliniază posibilitatea ca alte căi de metabolism al sterolilor să fie modificate de microbii intestinali. Există potențial multe noi descoperiri care ne vor aduce mai aproape de o înțelegere mecanicistă a modului în care microbii interacționează cu gazda.”