Суточная регуляция колебаний микробиома

Циркадные часы тела эволюционировали в большинстве видов, чтобы приспособить физиологию организма к ежедневным колебаниям окружающей среды, которые вызваны вращением Земли вокруг своей оси . Нарушение циркадных часов-сменная работа, частые смены часовых поясов, или воздействие искусственного света в ночное время—является широко распространенным следствием современного образа жизни человека. Эпидемиологически и экспериментально нарушения часов связаны с метаболическими заболеваниями, включая ожирение и гипергликемию  

В наших первоначальных экспериментах мы обнаружили, что микробиом кишечника как у мышей, так и у людей испытывает колебания в 24-часовом ритме . Эти суточные колебания охватывают множество характеристик микробиоты, таких как таксономический состав, метагеномная функция, секреция метаболитов и биогеографическая локализация в кишечнике. 

Затем мы показали, что суточные колебания в кишечном микробном сообществе влияют на циркадную биологию хозяина, определяя колебательную картину сывороточных полиаминов. Эти, в свою очередь, оркеструют циркадную транскрипционную программу в метаболически тканях . Интерфейс хозяин-микробиома можно таким образом осмотреть как динамическое взаимодействие которое проходит зыбкост час-маштаба над курсом дня. Аберрации в этом скоординированном ежедневном взаимодействии могут способствовать развитию ожирения и его осложнений. 

Мы обнаружили, что нарушение циркадной ритмичности организма хозяина, будь то генетически или в результате смены часовых поясов, провоцирует развитие измененного микробного сообщества, свойства которого предрасполагают хозяина к ожирению и непереносимости глюкозы . Циркадные ритмы, по-видимому, являются новым принципом взаимодействия хозяина и микробиома с глубоким влиянием на метаболизм. Микробиом "память" при рецидивирующем ожирении 

Мы также исследовали динамику микробиома в больших временных масштабах. Одна из самых больших головоломок в клиническом управлении тучности быстрое восстановление веса в прошлом брюзглых индивидуалов после успешной потери веса, явления обыкновенно известного как “влияние yoyo” возвратной тучности. 

Мы обнаружили у мышей, что период ожирения вызвал длительные изменения в составе микробиома, которые сохранялись даже после того, как организм-хозяин вернулся к нормальному весу . Это "memory-like" поведение микробиома посредничало подверженность в прошлом брюзглого хозяина к ускорять ход восстановлению веса. 

Вес-модулирующего влияния микробиома было достигнуто за счет деградации биологически активных флавоноидов, которые привели к снижению метаболической активности жировой ткани и снижение энергетических затрат. Когда мы восстановили уровень флавоноидов, расход энергии нормализовался, а восстановление веса улучшилось. Манипуляция микробиотой и кишечными метаболитами как средство достижения и поддержания потери веса в настоящее время проходит испытания на людях. 

Микробиом вторжения способствуют гипергликемии 

Третье явление, которое мы рассмотрели, - это повышенная восприимчивость людей с ожирением и диабетом к кишечной инфекции и системному воспалению. Кишечные эпителиальные клетки нормально обеспечивают плотный барьер который отделяет кишечные бактерии от внутрирастительной циркуляции. 

В анализах тучных и диабетических мышей мы обнаружили, что хроническая гипергликемия приводит к разрушению эпителиального барьера и способствует транслокации кишечных бактериальных компонентов в кровоток, где они способствуют системному воспалению . Пагубное влияние хронически высоких уровней глюкозы опосредовалось функциональным перепрограммированием метаболизма эпителия и транскрипцией. Эти клетчатые изменения скомпрометировали собрание плотных комплексов соединения, которые критические для обслуживания неповрежденного барьера. 

Мы подтвердили эти результаты в человеческой когорте, в которой хроническая гипергликемия сильно коррелировала с количеством микробных продуктов, обнаруженных в циркуляции. Эти данные свидетельствуют о механизме, связывающем ожирение с повышенным риском инфицирования слизистой оболочки и системного воспаления. Они также предлагают что гликемическое управление может быть критически важно для того чтобы достигнуть местного сдерживания кишечной микробиоты в диабетических индивидуалах. 

© 2019