Paradoks - mikroobi rünnak hoiab ära esimest tüüpi diabeedi kujunemise
- I tüüpi diabeet võib olla ka mikroobset päritolu
- Bakterivalk rändab soolestikust kõhunäärmesse ainult selleks, et rünnata insuliini tootvaid rakke
- Oluline valk on sooles elutseva bakteriperekonna Aeromonas relv
Paradoks seisneb selles, et insuliini tootvate rakkude normaalne kasv, paljunemine ja tervena püsimine on põhjustatud bakteri rünnakust nende rakkude vastu.
Peaaegu kümme aastat tagasi tegi Oregoni ülikooli kraadiõppur Jennifer Hampton Hill juhusliku leiu: soolestiku bakter toodab valku, mis käivitab insuliini tootvate rakkude paljunemise. Hill on jätkanud selle valgu - BefA - uurimist Utah ülikoolis. Koos kolleegidega on nüüd kogutud uusi teadmisi selle kohta, mida BefA teeb ja kuidas bakterid I tüüpi diabeedi tekkesse segatud on.
Nendel avastustel on "olulised ja sügavad tagajärjed," ütles Karen Guillemin Oregoni ülikoolist. "Kui me mõistame, kuidas BefA töötab, võib see anda meile võimaluse beetarakkude tootmist terapeutiliselt stimuleerida." See võib ühel päeval viia I tüüpi diabeedi ravini, mis mõjutab miljoneid inimesi kogu maailmas.
Keha vajab veresuhkru reguleerimiseks insuliini, kuid insuliini toodavad ainult teatud tüüpi kõhunäärme rakud, mida nimetatakse beetarakkudeks. Ja varases lapsepõlves on väike ajavahemik, mil beetarakud paljunevad ja oma populatsiooni laiendavad. I tüüpi diabeediga inimestel ründab immuunsüsteem beetarakke ja kahandab nende populatsiooni, piirates insuliini tootmist.
Mikrobioom stimuleerib immuunsuse arengut, aitab õigesti harida immuunsüsteemi ning ennetada autoimmuunsust ehk immuunsüsteemi ekslikku rünnakut "omade" vastu. Guillemini töörühma töö viitab mikrobioomi täiendavale rollile: see stimuleerib beetarakkude populatsiooni kasvu varases arengujärgus, kaitstes neid hilisema autoimmuunrünnaku vastu.
Beetarakkude hulga kasv "toimub samal ajal, kui mikroobikooslused soolestikus mitmekesistuvad," ütles Hill. "Diabeedi iseloomulik tunnus on see, et lastel, kellel see areneb, on soolestiku mikrobioom väiksema mitmekesisusega. Võimalik, et neil puuduvad mõned BefA-t tootvad bakterid."
Oma viimases artiklis kirjeldavad Hill, Guillemin ja nende kolleegid uuritavat bakterivalku täpsemalt. Nad jäädvustasid üksikasjaliku pildi BefA struktuurist, et tuvastada selle osad, mis mõjutavad teiste rakkude membraane. Seejärel kirjeldavad nad sebrakala, hiirte ja inimese rakkudega tehtud katsete seeria abil BefA funktsiooni.
See bakterivalk võib häirida paljude rakkude membraane. See, et soolestiku bakterid ründavad konkureerivaid baktereid, on muidugi tavaline. Kuid ootamatult leidsid nad, et BefA rünnakud insuliini tootvate rakkude membraanidele käivitasid nende rakkude paljunemisahela.
Leiud viitavad sellele, et bakteriaalsel sõjapidamisel soolestikus võib olla kehale kasulik mõju, suurendades rakkude hulka, mis suudavad kogu eluea jooksul insuliini toota.
Valk BefA on sooles elutseva bakteriperekonna Aeromonas relv kahe teise bakteriperekonna - Bacillus ja Staphylococcus - vastases sõjas.
Meeskond testis ka BefA muundatud versiooni, mis ei suuda rakumembraani häirida. See valgu versioon ei mõjutanud beetarakkude tootmist.
"Arengubioloogias on ka teisi näiteid, kus membraanidesse aukude torkamine on arengu stimuleerimisel kriitilise tähtsusega," ütles Hill, kuid teadlased ei tea veel täpselt, kuidas kahjustus siin rakkude replikatsiooni käivitab. Ka pole veel teada, miks BefA, mis võib tegelikult muuta mitmesuguste rakkude membraane, sihib just insuliini tootvaid beetarakke.
"Me arvame, et beetarakkudes on midagi erilist, kuna need võivad olla väga tundlikud signaalidele, mis põhjustavad membraani läbilaskvust," ütles Hill. "Nad on ainsad rakud kogu kehas, mis suudavad insuliini sekreteerida - nad on väga olulised."
Hill pälvis sel aastal BefA töö eest NOSTER & Science Microbiome auhinna. Aastaauhind antakse karjääri alguses teadlasele, kes on andnud oma panuse mikrobioomiuuringutesse, mis võivad mõjutada inimeste tervist.
"Mikrobioom mängib immuunsüsteemi harimisel rolli. Kui te seda haridus ei saa, võib immuunsüsteem olla hüperreaktiivne, " ütles Guillemin. "Me arvame, et siin on ka teine kiht – kui te ei valmista beetarakkude kogumit ette tulevaste rünnete vastu, on teil suurem risk haigestuda I tüüpi diabeeti." Tervislik ja mitmekesine mikrobioom mängib selle rakupopulatsiooni loomisel võtmerolli.
Guillemini meeskond arvab, et nende avastustel on terapeutilisi rakendusi. Näiteks kõrge riskiga imikute mikrobioomide ennetav tugevdamine BefA-d tootvate bakteritega võib takistada neil I tüüpi diabeedi väljakujunemist.
Teadlased teatasid oma leidudest 13. oktoobril ajakirjas Cell Metabolism avaldatud artiklis.