จุลินทรีย์ควบคุมเมื่อไขมันดูดซึมจากอาหาร
หนู (และบางทีอาจเป็นคน) อาจเผาผลาญอาหารตามจังหวะชีวิตในแต่ละวันที่กำหนดโดยแบคทีเรียในลำไส้ นักวิจัยรายงาน จุลินทรีย์ในลำไส้เล็กของหนูจะเป็นตัวกำหนดจังหวะเมื่อเซลล์ที่เรียงตามอวัยวะดูดซับไขมัน การศึกษาที่อธิบายใน วิทยาศาสตร์ 27 กันยายนให้รายละเอียดว่าจุลินทรีย์ในลำไส้มีอิทธิพลต่อการเผาผลาญของโฮสต์อย่างไร หากการค้นพบนี้ส่งต่อไปยังผู้คน การวิจัยอาจให้เบาะแสว่าทำไมอาการเจ็ทแล็กและการต้องทำงานกะกลางคืน ซึ่งอาจทำให้จังหวะชีวิตไม่ปกติ มักจะนำไปสู่โรคอ้วน โรคเบาหวาน และปัญหาสุขภาพอื่นๆ
นักวิจัยทราบดีว่าเซลล์ของมนุษย์มีนาฬิกาโมเลกุลที่จับเวลารอบการเผาผลาญอาหาร ตลอด 24 ชั่วโมง ( SN: 11/8/18 ) และจุลินทรีย์ในลำไส้นั้นในลำไส้ใหญ่ทำตามจังหวะทางชีวภาพของโฮสต์ ( SN: 10/16/14 ) แต่ผลการศึกษาใหม่พบว่า อย่างน้อยในลำไส้เล็ก จุลินทรีย์สามารถกำหนดจังหวะให้เซลล์เจ้าบ้านปฏิบัติตามได้ งานนั้นทำในหนู แต่กระบวนการนี้อาจใช้ได้ผลเหมือนกันในคน
งานวิจัยชิ้นใหม่ “ช่วยให้เราซาบซึ้งว่าเมแทบอลิซึมของไมโครไบโอตาและโฮสต์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมนั้นเกี่ยวพันกันอย่างไร” นักจุลชีววิทยาและนักภูมิคุ้มกันวิทยา Andrew Gewirtz จากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐจอร์เจียในแอตแลนตาซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับงานนี้กล่าว “มันเป็นปฏิสัมพันธ์ที่ใกล้ชิดกันมาก ควบคุมสิ่งต่าง ๆ ให้เป็นพื้นฐานอย่างจังหวะของ circadian ซึ่งค่อนข้างน่าประหลาดใจทีเดียว”
การวิจัยก่อนหน้านี้พบว่าหนูที่เลี้ยงโดยไม่มีจุลินทรีย์จะไม่มีน้ำหนักเกิน
แม้ว่าจะกินอาหารที่มีไขมันสูงก็ตาม “หนูที่ปราศจากเชื้อโรค” เหล่านั้นยังขาดจังหวะการเต้นของหัวใจที่แข็งแรงในเซลล์ที่อยู่ภายในลำไส้เล็กของหนู นักจุลชีววิทยา Lora Hooper จากศูนย์การแพทย์ตะวันตกเฉียงใต้ของมหาวิทยาลัยเท็กซัสในดัลลาสและเพื่อนร่วมงานพบว่า อย่างไรก็ตาม การให้แบคทีเรียในลำไส้ของหนูช่วยเสริมจังหวะการมีชีวิตเหล่านั้น ยังไม่ชัดเจนว่าจุลินทรีย์ชนิดใดมีความสำคัญต่อกระบวนการนี้
กุญแจสำคัญของจุลินทรีย์ในการตั้งค่าจังหวะการเผาผลาญกลายเป็นโปรตีนที่เรียกว่าฮิสโตนดีอะซิติเลส 3 หรือ HDAC3 นักวิจัยค้นพบว่าหนูที่ขาดโปรตีนจากเซลล์ที่อยู่ในลำไส้เล็กจะไม่เพิ่มน้ำหนักด้วยอาหารขยะ การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นถึงความเชื่อมโยงระหว่างจุลินทรีย์ในลำไส้กับ HDAC3
HDAC3 ช่วยควบคุมเมื่อเปิดและปิดยีนโดยการแยกโมเลกุลที่เรียกว่ากลุ่มอะซิติลออกจากโปรตีนฮิสโตน ฮิสโตนก่อตัวเป็นหลอดซึ่ง DNA ถูกพันในเซลล์ การเพิ่ม (หรือเอาออก) กลุ่มอะเซทิลหรือโมเลกุลอื่นๆ ซึ่งมักเรียกว่าเครื่องหมายอีพีเจเนติกส์ ให้กับฮิสโตนจะส่งผลต่อความแน่นของหลอดดีเอ็นเอ DNA ที่มีบาดแผลแน่นกว่านั้นเข้าถึงได้น้อยกว่าสำหรับโปรตีนที่เปิดใช้งานยีน ในหนูที่มีแบคทีเรียในลำไส้ เครื่องหมาย histone acetylation จะวนเป็นจังหวะทุกวัน แต่หนูที่ปราศจากเชื้อโรคยังขาดการหมุนเวียนที่แข็งแกร่ง ซึ่งบ่งชี้ว่าจุลินทรีย์ควบคุมจังหวะการเต้นของหัวใจของเซลล์เจ้าบ้านด้วยการกำหนดเวลากิจกรรมของ HDAC3
ห้องทดลองของฮูเปอร์ยังเปิดเผยบทบาทใหม่สำหรับ HDAC3 ที่ไม่เกี่ยวข้องกับการดึงกลุ่มอะซิติลออกจากฮิสโตน โปรตีนมีปฏิสัมพันธ์เป็นจังหวะกับโปรตีนอื่นที่เรียกว่าตัวรับเอสโตรเจนอัลฟาหรือ ERRalpha เพื่อเปิดยีนที่เกี่ยวข้องกับการดูดซึมไขมัน ยีนCd36นั้นผลิตโปรตีนขนส่งกรดไขมันที่ช่วยให้เซลล์ที่อยู่ในลำไส้เล็กรับไขมัน ( SN: 7/25/19 )
ฮูเปอร์และเพื่อนร่วมงานยังไม่รู้รายละเอียดว่าจุลินทรีย์ควบคุมอย่างไรเมื่อ HDAC3 จะรวมตัวกับโปรตีนอื่น ๆ เพื่อควบคุมการทำงานของยีน ตัวอย่างเช่น จุลินทรีย์อาจผลิตโปรตีนหรือโมเลกุลขนาดเล็กที่ควบคุมการทำงานของ HDAC3 หรือบางทีการสัมผัสกับจุลินทรีย์ในลำไส้อาจกระตุ้นให้เซลล์ในลำไส้กระตุ้น HDAC3 ให้ทำงาน
“นี่เป็นระบบที่ซับซ้อนมากจนเราไม่สามารถจัดการทุกอย่างได้” ฮูเปอร์กล่าว
สิ่งที่ชัดเจนคือแบคทีเรียมีความจำเป็นต่อนาฬิกาชีวิตด้วยกลไกการเผาผลาญอาหาร Satchidananda Panda นักชีววิทยาเกี่ยวกับชีวิตที่สถาบัน Salk เพื่อการศึกษาทางชีววิทยาใน La Jolla รัฐแคลิฟอร์เนียกล่าว เขาเปรียบนาฬิกาชีวิตในเซลล์ลำไส้กับรถที่ไม่ทำงานที่ ไฟหยุด เครื่องยนต์กำลังทำงาน แต่ล้อไม่หมุน แบคทีเรียมีส่วนร่วมในการส่งสัญญาณ — HDAC3 — เพื่อโต้ตอบกับนาฬิกาและกำหนดเวลากิจกรรม เช่น การดูดซึมไขมัน
หากกระบวนการนี้เกิดขึ้นในคนเช่นกัน การรบกวนจังหวะชีวิตชีวาของจุลินทรีย์โดยการเดินทางไปในที่ห่างไกลหรือทำงานตามกำหนดเวลาที่ไม่สม่ำเสมออาจทำให้การเผาผลาญอาหารลดลง ทำให้ผู้คนดึงไขมันออกจากอาหารมากกว่าปกติและน้ำหนักขึ้น การวิจัยในอนาคตว่าจุลินทรีย์ในลำไส้มีอิทธิพลต่อนาฬิกาชีวิตของเจ้าบ้านอย่างไร อาจนำไปสู่การพัฒนายาในที่สุดเพื่อรับมือกับผลกระทบด้านสุขภาพด้านลบจากอาการเจ็ทแล็กและการทำงานเป็นกะ” Panda กล่าว
