آیا بوها روده ما را برای مبارزه با عفونت آماده می کنند؟

آیا بوها روده ما را برای مبارزه با عفونت آماده می کنند؟

بسیاری از موجودات زنده به بوی پاتوژن های کشنده با اجتناب بازتابی از آنها واکنش نشان می دهند. اما مطالعه اخیر در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، نشان می دهد که نماتد C. elegans نیز با آماده کردن سلول های روده خود برای مقاومت در برابر حمله احتمالی، به بوی باکتری های بیماری زا واکنش نشان می دهد.

مانند انسان، روده نماتدها هدف مشترک باکتری های عامل بیماری است. نماتد با از بین بردن اندامک های حاوی آهن به نام میتوکندری که انرژی سلول را تولید می کند، واکنش نشان می دهد تا از این عنصر حیاتی در برابر باکتری های دزد آهن محافظت کند. آهن یک کاتالیزور کلیدی در بسیاری از واکنش های آنزیمی در سلول ها است – به ویژه، تولید ارز انرژی بدن، ATP (آدنوزین تریفوفات).

اندرو دیلین، نویسنده ارشد این مطالعه، گفت: وجود این واکنش محافظتی در C. elegans به بوهای تولید شده توسط میکروب ها نشان می دهد که سلول های روده موجودات دیگر، از جمله پستانداران، ممکن است توانایی واکنش محافظتی به بوی پاتوژن ها را حفظ کنند. استاد زیست شناسی مولکولی و سلولی دانشگاه برکلی و محقق موسسه پزشکی هاوارد هیوز (HHMI).

“آیا در واقع بویی از عوامل بیماری زا وجود دارد که بتوانیم آن را تشخیص دهیم و به ما در مبارزه با عفونت کمک کنیم؟” او گفت. ما سعی کرده‌ایم این موضوع را در موش‌ها نشان دهیم. اگر واقعاً بتوانیم بفهمیم که انسان‌ها یک عامل بیماری‌زا را استشمام می‌کنند و متعاقباً از خود محافظت می‌کنند، می‌توانیم چیزی شبیه عطر محافظ پاتوژن را تصور کنیم.»

با این حال، تاکنون تنها شواهدی از این پاسخ در سی. الگانس وجود دارد. با این وجود، با توجه به اینکه نماتد یکی از موجودات کاملاً مطالعه شده در آزمایشگاه است، یافته جدید غافلگیرکننده است. زیست شناسان تمام سلول های موجود در ارگانیسم را از جنین تا مرگ شمارش و ردیابی کرده اند.

جولیان دیشارت که اخیراً دکترای خود را در دانشگاه کالیفرنیا برکلی دریافت کرده است، می‌گوید: «تازه این است که سی. الگانس در حال آماده شدن برای یک پاتوژن حتی قبل از اینکه با پاتوژن برخورد کند، می‌شود. و اولین نویسنده این مطالعه است. “همچنین شواهدی وجود دارد که احتمالاً علاوه بر این پاسخ میتوکندریایی چیزهای بیشتری در جریان است، که ممکن است یک پاسخ ایمنی عمومی فقط با استشمام بوهای باکتریایی وجود داشته باشد. از آنجا که بویایی در حیوانات از نظر فیزیولوژی و متابولیسم تنظیم می شود، حفظ می شود. من فکر می‌کنم کاملاً ممکن است که بو در پستانداران هم کاری را انجام دهد که در سی. الگانس انجام می‌دهد.”

این کار در 21 ژوئن در مجله Science Advances منتشر شد.

میتوکندری ها با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند

دیلین پیشگام در مطالعه این است که چگونه استرس در سیستم عصبی باعث ایجاد پاسخ های محافظتی در سلول ها می شود – به ویژه، فعال شدن مجموعه ای از ژن ها که پروتئین های ساخته شده در شبکه آندوپلاسمی را تثبیت می کنند. او گفت که این فعال‌سازی، به اصطلاح پاسخ پروتئین بازشده (UPR)، «مانند کیت کمک‌های اولیه برای میتوکندری است».

میتوکندری ها نه تنها نیروگاه های سلولی هستند که مواد مغذی را برای انرژی می سوزانند، بلکه نقش کلیدی در سیگنال دهی، مرگ سلولی و رشد دارند.

دیلین نشان داده است که خطاهای شبکه UPR می تواند منجر به بیماری و پیری شود و استرس میتوکندری در یک سلول به میتوکندری سلول های بدن منتقل می شود.

با این حال، یک قطعه کلیدی از پازل گم شده بود. اگر سیستم عصبی بتواند استرس را از طریق شبکه‌ای از نورون‌ها به سلول‌هایی که کار روزمره ساخت پروتئین و متابولیسم را انجام می‌دهند، منتقل کند، چه چیزی در محیط باعث تحریک سیستم عصبی می‌شود؟

دیلین گفت: “سیستم عصبی ما برای دریافت نشانه های محیط و ایجاد هموستاز برای کل ارگانیسم تکامل یافته است.” جولیان در واقع متوجه شد که نورون‌های بویایی نشانه‌های محیطی را دریافت می‌کنند و کدام نوع از بوها از پاتوژن‌ها این پاسخ را ایجاد می‌کنند.

کار قبلی در آزمایشگاه دیلین اهمیت بویایی را در متابولیسم پستانداران نشان داد. او دریافت که وقتی موش‌ها از بویایی محروم می‌شوند، با خوردن همان مقدار غذای موش‌های معمولی، وزن کمتری اضافه می‌کنند. دیلین و دیشارت مشکوک هستند که بوی غذا ممکن است باعث واکنش محافظتی شود، مانند پاسخ به عوامل بیماری زا، تا روده را برای اثرات مخرب مصرف مواد خارجی و تبدیل آن غذا به سوخت آماده کند.

دیلین گفت: زنده ماندن از عفونت ها مهمترین کاری بود که ما از نظر تکاملی انجام دادیم. خطرناک‌ترین و خطرناک‌ترین کاری که هر روز انجام می‌دهیم، خوردن است، زیرا عوامل بیماری‌زا در غذای ما وجود خواهند داشت.»

زمانی که شما غذا می خورید، به شدت استرس زا است، زیرا بدن در حال متابولیسم غذا است، اما همچنین ATP را در میتوکندری از مواد مغذی موجود در آنها تولید می کند. و این نسل از ATP باعث ایجاد یک محصول جانبی به نام گونه های فعال اکسیژن می شود دیشارت گفت که به سلول ها بسیار آسیب می رساند. سلول‌ها باید با افزایش وجود گونه‌های اکسیژن فعال مقابله کنند. بنابراین شاید بوییدن غذا بتواند ما را برای مقابله با افزایش بار گونه‌های فعال اکسیژن آماده کند.

دیلین همچنین حدس می‌زند که حساسیت میتوکندری‌ها به بوی باکتری‌های بیماری‌زا ممکن است مربوط به دورانی باشد که میتوکندری‌ها باکتری‌های زنده بودند، قبل از اینکه حدود ۲ میلیارد سال پیش به عنوان نیروگاه در سلول‌های دیگر ادغام شوند تا به یوکاریوت تبدیل شوند. یوکاریوت ها در نهایت به ارگانیسم های چند سلولی با اندام های متمایز تبدیل شدند – به اصطلاح متازوئن ها، مانند حیوانات و انسان ها.

او گفت: “شواهد زیادی وجود دارد که نشان می‌دهد باکتری‌ها به نوعی محیط خود را حس می‌کنند، اگرچه همیشه مشخص نیست که چگونه این کار را انجام می‌دهند. این میتوکندری‌ها پس از قرار گرفتن در متازوئن‌ها، یکی از جنبه‌های آن را حفظ کرده‌اند.”

دیشارت در آزمایش‌های خود با سی.الگانس دریافت که بوی پاتوژن‌ها باعث ایجاد یک واکنش بازدارنده می‌شود که سیگنالی را به بقیه بدن آزاد می‌کند. این موضوع زمانی مشخص شد که او نورون‌های بویایی کرم را از بین برد و متوجه شد که تمام سلول‌های محیطی، اما عمدتاً سلول‌های روده، پاسخ استرسی معمولی از میتوکندری‌هایی را نشان می‌دهند که در حال تهدید هستند. این مطالعه و دیگران همچنین نشان دادند که سروتونین یک انتقال دهنده عصبی کلیدی است که این اطلاعات را در سراسر بدن منتقل می کند.

دیلین و همکاران آزمایشگاهی‌اش در حال ردیابی مدارهای عصبی هستند که از نورون‌های بویایی به سلول‌های محیطی و انتقال‌دهنده‌های عصبی درگیر در طول مسیر منتهی می‌شوند. و او به دنبال پاسخ مشابهی در موش ها است.

“من همیشه از آن متنفرم وقتی مریض می شوم. من می گویم “بدن، چرا برای این بهتر آماده نشدی؟” دیلین گفت: واقعا احمقانه به نظر می رسد که مکانیسم های پاسخ را فقط زمانی که آلوده شدید روشن کنید. “اگر مکانیسم های تشخیص قبلی برای افزایش شانس بقای ما وجود داشته باشد، من فکر می کنم که این یک پیروزی بزرگ تکاملی است.