ООО "ПРОПИОНИКС"
пн-пт с 09:00 до 18:00 | +7 (966) 348-80-35 |
Жирные кислоты, полученные из пробиотика Lacticaseibacillus rhamnosus HA-114 подавляют возраст-зависимую нейродегенерацию посредством митохондриального бета-окисления
Для оценки важности описанного ниже исследования, следует сначала вспомнить, что же представляет из себя боковой амиотрофический склероз (БАС)?
Боковой амиотрофический склероз (БАС) — прогрессирующее, неизлечимое дегенеративное заболевание центральной нервной системы, при котором происходит поражение как верхних, так и нижних двигательных нейронов. Нейроны моторные (иначе двигательные) – это большие нервные клетки, отвечающие за доставку нервного импульса к мышцам, мышечный тонус и координацию двигательных действий. БАС характеризуется прогрессирующим поражением этих нейронов, сопровождаемым параличом (парезом) конечностей и атрофией мышц. Смерть наступает от отказа дыхательной мускулатуры (реже от инфекций дыхательных путей).
Загадочное неврологическое заболевание. Загадочной считают эту болезнь не из-за обилия названий (БАС, болезнь Шарко, болезнь Лу Герига, болезнь моторных нейронов), а потому, что ни причины ее до конца неясны, ни методы лечения не найдены. БАС встречается в любом возрасте, чаще страдают мальчики и мужчины. Большинство случаев БАС (около 90%-95%) не имеют известной причины и называются спорадическим БАС. Однако считается, что в этом процессе участвуют как генетические, так и экологические факторы. Оставшиеся 5-10% случаев имеют генетическую причину, часто связанную с наличием заболевания в семье, и называются семейным БАС (наследственным). Поражение нейронов становится причиной параличей, а затем приводит к атрофии мышечных волокон и гибели пациента. Чаще всего пациент умирает от отказа дыхательных мышц и нарушения работы сердца. Реже – от резвившейся в органах дыхания бактериальной инфекции. Можно сказать, что боковой амиотрофический склероз – это заболевание, превращающее тело человека в его тюрьму, а затем и в убийцу. В тюрьму – потому что с потерей способности себя обслуживать, передвигаться и говорить, человек не теряет ясность рассудка. Слабоумие регистрируется лишь в 1–2% случаев. В убийцу – потому что тело теряет способность совершать дыхательные движения, сознание угасает от отсутствия кислорода. Человек просто задыхается.
1. Найден защитный пробиотик от БАС (?)
Пробиотическая бактерия Lacticaseibacillus rhamnosus HA-114 предотвращает нейродегенерацию у червя Caenorhabditis elegans - животной модели, используемой для изучения бокового амиотрофического склероза (БАС).
Таковы результаты исследования, проведенного в канадском исследовательском центре CHUM (CRCHUM) под руководством профессора нейронаук Университета Монреаля Алекса Паркера (Alex Parker) и опубликованного в журнале Communications Biology еще в 2022 году. Профессор и его коллеги предполагают, что нарушение липидного обмена способствует дегенерации головного мозга, и показывают, что нейропротекция, обеспечиваемая штаммом HA-114 бактерии Lacticaseibacillus rhamnosus (ранее известной как Lactobacillus rhamnosus), некоммерческим пробиотиком, уникальна по сравнению с другими протестированными штаммами того же семейства бактерий.
«Когда мы добавляем его в рацион нашей животной модели, мы замечаем, что он подавляет прогрессирование дегенерации двигательных нейронов», - говорит Паркер, ведущий автор исследования. «Особенность штамма HA-114 заключается в содержании в нем жирных кислот».
Двигательные нейроны, представляющие собой нервные клетки, обеспечивают передачу сигналов к мышцам, заставляя их сокращаться, что позволяет нам произвольно двигать своим телом. У людей с БАС наблюдается постепенное разрушение двигательных нейронов. Это приводит к потере мышечной способности, вплоть до полного паралича, а средняя продолжительность жизни после постановки диагноза составляет всего 3-5 лет.
«Недавние исследования показали, что нарушение микробиоты кишечника, вероятно, связано с возникновением и прогрессированием многих неизлечимых нейро-дегенеративных заболеваний, включая БАС, - пояснил Паркер. Выявление нейро-протекторных штаммов бактерий может стать основой для создания новых методов лечения».
Прим. ред.: Все больше данных свидетельствует о важной роли кишечной микробиоты в развитии и прогрессировании БАС. Примечательно, что у пациентов с БАС сообщалось о дисбактериозе кишечника, и было показано, что индуцирующие изменения в кишечной микробиоте влияют на тяжесть симптомов на мышиной модели заболевания.
Центральное место в этом научном проекте занимает Одри Лабарр (Audrey Labarre), первый автор исследования, постдокторант, которая упорно работает над продвижением исследований БАС, сосредоточившись на дегенерации двигательных нейронов у червей C. elegans. Эти черви (нематоды) длиной всего один миллиметр, имеющие 60% генетического строения от человека, были генетически модифицированы генами, связанными с БАС, для целей исследования в CRCHUM. Для изучения нейропротекторного действия пробиотической пищевой добавки на этой животной модели Лабарр протестировала 13 различных штаммов бактерий и три комбинации штаммов. Среди них выделялся штамм HA-114. Действие пробиотика способствовало уменьшению двигательных нарушений у моделей с БАС, а также с болезнью Хантингтона (Гентингтона), другим нейродегенеративным заболеванием.
Опираясь на данные генетического исследования, геномного профилирования, анализа поведения и микроскопических изображений, научная группа выявила два гена - acdh-1 и acs-20, которые играют ключевую роль в этом нейропротекторном механизме. Оба гена, существующие в эквивалентных формах и у человека, участвуют в липидном обмене и бета-окислении - процессе, в ходе которого жирные кислоты расщепляются до энергии в митохондриях - настоящих клеточных электростанциях.
Прим. ред.: Основными энергетическими станциями живых клеток служат митохондрии — внутриклеточные частицы размером 0,1–10μ, покрытые двумя мембранами. В митохондриях свободная энергия окисления продуктов питания превращается в свободную энергию АТФ. Когда АТФ соединяется с водой, при нормальных концентрациях реагирующих веществ, выделяется свободная энергия порядка 10 ккал/моль.
«Мы полагаем, что жирные кислоты, поставляемые бактериальным штаммом HA-114, попадают в митохондрии по независимому, нетрадиционному пути, - говорит Паркер. При этом они восстанавливают баланс нарушенного энергетического метаболизма при БАС и приводят к уменьшению нейродегенерации».
P.S. После проведения аналогичных исследований, но уже на мышах, ученые запланировали проверку в клинических условиях, может ли HA-114 стать терапевтическим дополнением к методам лечения БАС. По их словам, преимущество заключается в том, что пробиотики, в отличие от лекарств, вызывают мало побочных эффектов. В подтверждение этих планов в СМИ уже в 2022 г. появилась информация, что канадская исследовательская группа получила грант (почти 1,25 миллиона долларов США) от Фонда семьи Уэстон для изучения преимуществ конкретного пробиотика (Lacticaseibacillus rhamnosus НА-114) для цели замедления прогрессирования БАС у людей. Ожидается, что исследование начнется весной 2023 г. и охватит 100 пациентов с БАС и будет проходить в CHUM (подробные данные отсутствуют).
Дополнение от редактора:
2. Штамм молочнокислой бактерии оказывает нейропротекторное действие на модели БАС
Для интересующихся подробностями хода описанного выше исследования предлагаем ознакомиться с материалом из оригинальной статьи, опубликованной в журнале «Коммуникативная биология»
Аннотация… Считается, что микробиота человека влияет на здоровье. Дисбиоз микробиома может быть связан с неврологическими заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера, боковой амиотрофический склероз и болезнь Хантингтона. Мы сообщаем о способности пробиотического бактериального штамма останавливать фенотипы нейродегенерации. Мы показываем, что Lacticaseibacillus rhamnosus HA-114 оказывает нейропротекторное действие на моделях C. elegans бокового амиотрофического склероза и болезни Хантингтона. Наши результаты показывают, что нейропротекция L. rhamnosus HA-114 уникальна по сравнению с другими штаммами L. rhamnosus и заключается в содержании в нем жирных кислот. Нейропротекция L. rhamnosus HA-114 требует наличия генов acdh-1/ACADSB, kat-1/ACAT1 и elo-6/ELOVL3/6, которые связаны с метаболизмом жирных кислот и митохондриальным β-окислением. Наши данные показывают, что нарушение липидного обмена способствует нейродегенерации и что диетическое вмешательство с использованием L. rhamnosus HA-114 восстанавливает липидный гомеостаз и энергетический баланс посредством митохондриального β-окисления. Наши результаты стимулируют изучение вмешательств на основе L. rhamnosus HA-114 для изменения прогрессирования нейродегенеративных заболеваний….
Результаты… Ранее мы создали штаммы БАС C. elegans (т.е. животные модели БАС на червях-нематодах Caenorhabditis elegans), экспрессирующие полноразмерные, немеченые мутанты человеческого белка FUS или TDP-43 в моторных нейронах под действием промотора unc-47 [→]. У трансгенных червей со специфичной для моторных нейронов экспрессией этих мутантных белков наблюдается возрастозависимый паралич и ГАМКергическая дегенерация со скоростью, значительно более высокой, чем у нетрансгенных штаммов червей, экспрессирующих FUS дикого типа или TDP-43 [→]. Эти фенотипы, связанные с заболеванием, обычно развиваются в течение 6-12 дней взросления у червей, культивируемых на чашках Петри и питаемых E. coli OP50, их обычным источником пищи в лабораторных условиях. Чтобы исследовать, могут ли диетические пробиотические вмешательства модулировать фенотипы, связанные с БАС, на наших трансгенных моделях C. elegans, мы провели скрининг 16 различных пробиотических препаратов, включая 13 отдельных штаммов и 3 комбинации [→]. Мы обнаружили, что L. rhamnosus HA-114 спасал фенотипы паралича на твердых средах в обеих наших моделях БАС, TDP-43 и FUS, не оказывая при этом существенного влияния на червей (нематод)….
Исследования микробиома подчеркивают важность оси "кишечник-мозг" для здоровья человека. Микрофлора кишечника изучалась в основном при воспалительных заболеваниях, однако появляющиеся данные начинают связывать компоненты микробиома с нейродегенеративными заболеваниями, включая болезни Паркинсона и Альцгеймера. Хотя некоторые штаммы бактерий предположительно играют роль в нейродегенерации, до сих пор лишь немногие из них были официально ассоциированы с этим процессом. Мы исследовали потенциальную благоприятную роль микробиома и диетических добавок при нейродегенеративных заболеваниях и обнаружили, что пробиотический штамм L. rhamnosus HA-114 способен положительно модулировать фенотипы заболеваний в нескольких моделях нейродегенерации, зависящих от возраста, на C. elegans. Наши результаты демонстрируют способность бактериального штамма восстанавливать многочисленные двигательные и нейродегенеративные фенотипы.
Lacticaseibacillus rhamnosus HA-114 - единственный из протестированных штаммов L. rhamnosus, показавший нейропротекторный эффект. В недавнем исследовании было показано, что HA-114 улучшает гиппокампально-зависимый дефицит познания в модели болезни Паркинсона у грызунов. Мы исключили вклад классических путей метаболизма и стрессовых реакций в благоприятный эффект HA-114 в наших моделях. Исследование сигнатур экспрессии генов под действием НА-114 указывает на липидный обмен как, возможно, ключевой механизм, связанный с нейропротекцией. Однако мы признаем, что для выявления штаммоспецифических профилей экспрессии генов потребуется более комплексное исследование с включением дополнительных бактериальных штаммов, в том числе штаммов L. rhamnosus, отличных от HA-114. Тем не менее, мы также определили гены acdh-1/ACADSB, kat-1/ACAT1 и elo-6/ELOVL3/6 как ключевые компоненты нейропротекции, обеспечиваемой штаммом HA-114. Два из этих генов участвуют в двух различных метаболических путях: метаболизме жирных кислот, точнее, митохондриальном β-окислении, и расщеплении аминокислот с разветвлёнными боковыми цепями (ВСАА)…
Мы исследовали потенциальную роль липидного обмена и окислительно-восстановительных биологических процессов в нейропротекции, осуществляемой бактериальным штаммом L. rhamnosus HA-114. Было установлено, что ген нематод acdh-1 играет ключевую роль в этом нейропротекторном механизме. Ген acdh-1 является ортологом человеческого ACADSB и членом семейства ACDH, который обладает оксидоредуктазной активностью и участвует в β-окислении жирных кислот. Мы использовали трансгенный репортерный штамм червей acdh-1::GFP для изучения возможного участия acdh-1 в нейропротекторном эффекте L. rhamnosus HA-114.
Прим. ред.: Репортерный штамм червей acdh-1::GFP обозначает, что для выявления уровня экспрессии гена acdh-1, в нематоде используется GFP (зеленый флуоресцентный белок). GFP - это белок, который проявляет ярко-зеленую флуоресценцию при воздействии света в диапазоне от синего до ультрафиолетового. В клеточной и молекулярной биологии ген GFP часто используется в качестве репортера экспрессии. Он используется в модифицированных формах для создания биосенсоров (т.е. червь acdh-1::GFP был специально создан для проверки экспрессии гена acdh-1). Иными словами авторы оценивали интенсивность флуоресценции GFP взрослых червей первого дня жизни, которых кормили E. coli OP50 или L. rhamnosus HA-114. Трансгенные репортерные штаммы червей acdh-1::GFP показали более значительное изменение флуоресценции при кормлении HA-114 (см. рис.1.).
Рис.1. Lacticaseibacillus rhamnosus HA-114 значительно увеличивает экспрессию зеленого флуоресцентного белка (GFP) у червей acdh-1::GFP (см. примечание выше) по сравнению с теми же червями, которых кормили E. coli OP50.
Наши результаты показывают, что для воспроизведения положительного эффекта, наблюдаемого при использовании HA-114, недостаточно белкового экстракта из HA-114. Интересно, что жирных кислот, полученных из HA-114, оказалось достаточно для восстановления двигательного фенотипа в нашей модели БАС на C. elegans. Эти результаты позволяют предположить, что в данном случае предпочтительным путем является β-окисление. Нарушения β-окисления митохондриальных жирных кислот связаны со многими симптомами, включая нейропатию. Более того, мы выявили дисрегуляцию липидного гомеостаза в различных моделях C. elegans при возраст-зависимой нейродегенерации. Увеличение количества липидных капель часто связано с неправильным β-окислением, что отражает неспособность митохондрий окислять жирные кислоты и использовать их в качестве источника энергии.
Наконец, мы определили acs-20/SLC27A, альтернативную точку входа длинноцепочечных жирных кислот в митохондрии, как существенный модулятор продолжительности жизни в нашей модели БАС у Caenorhabditis elegans, а также как важный фактор, способствующий нейродегенерации.
acs-20 – ген Caenorhabditis elegans из семейство КоА-синтетаз жирных кислот, кодирует одноименный белок (АМФ-связывающий домен-содержащий белок). Предсказано, что он обеспечивает активность транспортера длинноцепочечных жирных кислот и активность КоА-лигазы длинноцепочечных жирных кислот, а также участвует в гомеостазе триглицеридов. Расположен во внутриклеточной органелле, ограниченной мембраной (митохондрии). Следует отметить, что белок ASC-20 является ортологом человеческих SLC27A1 и SLC27A4 (транспортных белков длинноцепочечных жирных кислот).
Рис. 2. Механизм нейропротекции Lacticaseibacillus rhamnosus HA-114. В моделях БАС нарушен т.н. "карнитиновый челнок" (CPT-1) - механизм переноса длинноцепочечных жирных кислот через мембрану митохондрий для производства энергии путем β-окисления. Предполагается, что жирные кислоты, поставляемые пробиотическими бактериями, попадают в митохондрии независимо от карнитинового челнока и участвуют в нескольких раундах β-окисления, способствуя стабилизации энергетического обмена, что приводит к снижению нейродегенерации и улучшению липидного гомеостаза.
Заключение… Мы признаем, что для полного понимания механизма нейропротекторного действия HA-114 необходимо более полное исследование β-окисления. Для достижения этой цели ведутся дальнейшие работы. Важной особенностью многих возрастных нейродегенеративных заболеваний является накопление и агрегация в цитозоле неправильно сформованных белков, что позволяет предположить наличие общих патогенетических механизмов. Мы продемонстрировали, что L. rhamnosus HA-114 не способен предотвратить агрегацию, но при этом эффективно защищает нейроны от дегенерации. Нейродегенерация может быть частично обусловлена метаболическим и энергетическим дисбалансом, связанным с экспрессией мутантных генов в стареющих нейронах. Вмешательства, компенсирующие потерю выработки энергии, могут повысить способность клетки восстанавливать липидный гомеостаз и выработку энергии, что в конечном итоге приведет к замедлению или остановке нейродегенерации. Полученные нами результаты свидетельствуют о том, что диетическая добавка L. rhamnosus HA-114 обеспечивает ключевые питательные вещества, способствующие выработке энергии, и помогает смягчить метаболическую дисфункцию, приводящую к нейродегенерации (рис.2.).
Дополнительная информация:
Отдельно см.:
Комментариев пока нет