Несмотря на свою простоту, нематоды длиной 1 миллиметр, получившие название Caenorhabditis elegans (C. elegans) разделяют важное ограничение с людьми: они не могут вырабатывать B12 и должны получать все необходимое из своего рациона. В исследовании, опубликованном сегодня в журнале PLOS Genetics, исследователи из лаборатории биохимика Райса и исследовательница рака Наташа Кириенко описывают, как диета с дефицитом B12 вредит C. elegans на клеточном уровне, что снижает способность червей метаболизировать аминокислоты с разветвленной цепью (BCAA). Исследование показало, что пониженная способность расщеплять BCAA приводит к токсическому накоплению частично метаболизированных побочных продуктов BCAA, что наносит вред здоровью митохондрий.
Исследователи изучили здоровье двух популяций червей, одна из которых получала достаточно витамина В12, а другая получала слишком мало витамина В12. Как и у второй популяции червей, не менее 10 процентов U.S. взрослые получают слишком мало B12 в своем рационе, и этот риск увеличивается с возрастом.
"Мы использовали C. elegans, чтобы изучить влияние диеты на хозяина, и обнаружил, что один вид пищи может значительно повысить устойчивость к множеству стрессоров, таких как тепло и свободные радикалы, а также к патогенам », – сказал Кириенко, доцент кафедры биологических наук и стипендиат CPRIT в области исследований рака в Rice.
Ведущий ученый и соавтор исследования Кириенко сказала, что открытие B12 стало неожиданностью для ее команды, которая впервые заметила эффект в экспериментах, направленных на изучение механизмов патогенеза синегнойной палочки (Pseudomonas aeruginosa). aeruginosa), потенциально смертельное заболевание как для червей, так и для людей, которым заражается около 51000 ед.S. пациентов больниц каждый год, по данным Центров по контролю за заболеваниями.
Ее лаборатория, как и тысячи других по всему миру, использует C. elegans в качестве модельного организма для изучения эффектов болезней, лекарств, токсинов и других процессов, влияющих на людей и животных. Во многих C. elegans в исследовательских лабораториях червей кормят Escherichia coli (E. coli), обычная кишечная бактерия человека, которая сама по себе является модельным организмом.
"Мы обнаружили, что переключение между E. coli OP50 и HT115 резко изменили стрессоустойчивость червя », – сказал Кириенко.
Она сказала, что потребовалось около двух лет последующих исследований, чтобы выделить биохимический механизм стресса и устойчивости к патогенам. В ее исследовательскую группу вошли ведущий соавтор исследования Алексей Ревтович и соавтор Райан Ли.
«Ключевое различие между двумя диетами заключается в способности HT115 и OP50 усваивать B12 из окружающей среды», – сказал Ревтович, научный сотрудник. «Мы показали, что HT115 намного эффективнее в этом отношении, производя примерно в восемь раз больше белка, необходимого для сбора B12, по сравнению с OP50."
Исследователи использовали многочисленные тесты, чтобы подтвердить свои результаты и исключить другие возможные механизмы эффекта. Они также обнаружили, что C. elegans на диете HT115 обладают способностью противостоять заражению другим смертельным человеческим патогеном, Enterococcus faecalis.
Ли, студентка бакалавриата Райс, сказала, что исследование подчеркивает необходимость C. elegans во всем мире, чтобы обратить внимание на возможное влияние диеты на результаты экспериментов.
"Некоторые лаборатории используют OP50 в качестве стандартной пищи, а другие используют HT115 или даже другой штамм E. coli, – сказал Ли. «Наши результаты показывают, что между этими диетами существуют значительные метаболические различия, и вполне вероятно, что эти различия могут способствовать значительной неопределенности в результатах исследований."
Кириенко присоединился к преподавательскому составу Райс в 2015 году благодаря гранту на трудоустройство от Научно-исследовательского института профилактики рака Техаса (CPRIT), инициативе государственного голосования, одобренной в 2007 году, чтобы выделить 3 миллиарда долларов на поддержку исследований рака в масштабах штата. На сегодняшний день CPRIT присудил 2 доллара.2 миллиарда грантов для техасских исследователей, институтов и организаций в рамках академических исследований, программ профилактики и разработки продуктов.
«Эта работа связана в том смысле, что она сосредоточена на здоровье митохондрий», – сказал Кириенко. «В этом случае мы работаем над улучшением здоровья митохондрий, чтобы помочь бороться с инфекциями. Что касается CPRIT, мы пытаемся сделать обратное.
Мы хотим повредить митохондрии в раковых клетках, чтобы убить их. Итак, на самом деле, теперь, когда мы знаем, что это важно, это дает нам еще одну потенциальную цель в раковых клетках."