Бактериальный фермент удаляет из мяса углеводы, вызывающие воспаление
Большинство млекопитающих естественным образом производят углевод Neu5Gc — люди нет. Однако, когда мы едим красное мясо, животный Neu5Gc включается в наши ткани. По мере накопления этого углевода наша иммунная система воспринимает его как чужеродного захватчика и вырабатывает против него антитела. Вот почему диеты, богатые красным мясом, связаны с хроническим воспалением и связанными с ним заболеваниями, такими как рак толстой кишки и атеросклероз.
Исследователи из Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего недавно обнаружили, как кишечные бактерии используют ферменты, чтобы "снимать" Neu5Gc с наших клеток, чтобы питаться лежащими под ним сахарами, и, таким образом, высвобождать углевод в кровоток.
Исследование, опубликованное 23 сентября 2019 года в Nature Microbiology, предлагает возможность использовать эти бактериальные ферменты, называемые сиалидазами, для очистки тканей от Neu5Gc и потенциального удаления углевода из красного мяса до его употребления.
"Мы надеемся, что этот подход можно будет использовать как своего рода пробиотик или пребиотик, чтобы помочь уменьшить воспаление и риск воспалительных заболеваний — без необходимости отказываться от стейка", — сказал старший автор Ка́рстен Це́нглер, профессор педиатрии и биоинженерии.
Учёные десятилетиями знали, что рак толстой кишки и атеросклероз чаще встречаются у людей, которые едят много красного мяса, но не у других хищников. Neu5Gc был указан как связующее звено между потреблением красного мяса и этими заболеваниями в предыдущих исследованиях соавтора работы Аджита Варки. Они показали, что пищевой Neu5Gc способствует воспалению, опухолям и атеросклерозу у мышей с дефицитом Neu5Gc ("очеловеченных").
В новом исследовании команда Ценглера использовала аналогичных "очеловеченных" мышей, чтобы определить, как диета влияет на состав микробиомов кишечника. Мышей кормили либо богатой Neu5Gc диетой, похожей на красное мясо, либо одной из двух контрольных диет без этого углевода.
В целом, "мясная" диета была связана с меньшим бактериальным разнообразием в микробиомах мышей. Однако несколько типов бактерий были более многочисленны в кишечнике мышей, потреблявших Neu5Gc. Одной из них была Bacteroides — тип бактерий, известный способностью выживать за счёт углеводов.
В частности, у мышей на диете с Neu5Gc был особенно обилен фермент Bacteroides — новый тип сиалидазы, которая отщепляет Neu5Gc от клеток.
Чтобы проверить, как результаты на мышах могут быть применимы к людям, команда изучила публично доступные геномные данные кишечных бактерий народа хадза — коренной группы охотников-собирателей в Танзании. В сухой сезон хадза охотятся и едят мясо, в сезон дождей питаются в основном ягодами и мёдом.
Исследователи заметили, что Bacteroides, содержащие ген сиалидазы, были как минимум в два раза более многочисленны в сухой (мясоедный) сезон по сравнению с сезоном дождей.
Учёные синтезировали ген сиалидазы бактерий хадза и произвели фермент в лаборатории. Полученная сиалидаза была активна и предпочитала нечеловеческий Neu5Gc похожим человеческим углеводам.
Затем команда купила в магазине стейк и свиные сосиски, нанесла на мясо созданную в лаборатории сиалидазу и обнаружила, что большая часть Neu5Gc была удалена.
"Подход пока не идеален — фермент сиалидаза предпочитает расщеплять Neu5Gc, но всё же немного расщепляет и похожий человеческий углевод", — отметил Ценглер.
Он и его команда сейчас работают над оптимизацией фермента для повышения его специфичности, а также изучают методы его массового производства и потенциал для предотвращения воспаления и воспалительных заболеваний.