Microbiologie in hapklare porties
Bewakers van je bodyguard
Een pleidooi voor Sphingolipiden
Je lichaam wordt bewaakt door je lever. Als je een maaltijd eet, wordt alles uit je eten, zowel het goede als het slechte, opgenomen in je bloed. Voordat het bloed naar alle organen in je lichaam wordt geleid, passeert het eerst de lever. De lever zorgt ervoor dat alles wat in het bloed zit, veilig is voor het lichaam. Het breekt voedingsstoffen uit je voeding af en brengt ze in evenwicht, terwijl het de medicijnen die u slikt ontgift, zodat je gemakkelijker alles kunt opnemen wat je nodig hebt om te blijven functioneren. Het functioneert echter niet altijd zo perfect. Op een tandartsachtige manier kan je lever geïrriteerd raken als je te veel suiker eet, wat leidt tot een vette lever. Bij deze aandoening hoopt zich vet op in de lever, waardoor deze zijn bewakingstaken niet meer goed kan uitvoeren.
De lever is echter niet de enige die zich als beschermer gedraagt. Onze darmvrienden, onze darmmicroben, kunnen beïnvloeden hoe de lever zijn werk doet. Maar hoe? Als we een maaltijd eten, kiezen we onbedoeld wat onze microben eten. Dit betekent dat onze microben, afhankelijk van ons dieet, verschillende voedingsstoffen binnenkrijgen, die ze vervolgens kunnen omzetten in een verscheidenheid aan verschillende moleculen. Deze moleculen kunnen plaatselijk de darm beïnvloeden, maar ook in onze bloedbaan terechtkomen om de rest van ons lichaam te beïnvloeden, waardoor ze ideale kandidaten zijn om te bestuderen hoe microben onze gezondheid kunnen beïnvloeden. Dr. Elizabeth Johnson, assistent-professor aan de Cornell University, is geïnteresseerd in een dergelijke klasse moleculen, de sphingolipiden (SL’s).
Sphingolipiden zijn een klasse lipiden die bestaan uit een ruggengraat van sphingosine, gebonden aan een vetzuur (figuur 1). In ons lichaam spelen sfingolipiden een rol die varieert van het regelen van de groei, de beweging en de hechting van onze cellen tot het beïnvloeden van ontstekingen. Omdat het zulke belangrijke moleculen zijn, zijn ze betrokken bij verschillende ziekten, waaronder neurodegeneratie, stofwisselingsstoornissen, kanker, immuundysfunctie en hartziekten. SL’s worden zowel door ons als door onze darmbacteriën geproduceerd, waardoor ze een fascinerend doelwit vormen om te bestuderen hoe het microbioom de gastheer beïnvloedt. In 2020 toonden Dr. Johnson en haar collega’s aan dat de productie van SL’s door darmbacteriën de SL-niveaus in onze lever kan veranderen. Dit interessante fenomeen rechtvaardigde verder onderzoek. In een recent artikel van het Johnson Lab stelden de auteurs twee vragen: (1) wordt de verandering in onze lever SL niveaus veroorzaakt door de overdracht van door bacteriën geproduceerde SL’s naar onze levers? en (2) hoe beïnvloeden door microben geproduceerde SL’s de gezondheid van onze lever?
Een nieuwe methode maakt detectie mogelijk
Om hun eerste vraag te beantwoorden, ontwikkelden de auteurs een nieuwe methode om de overdracht van nieuw geproduceerde bacteriële SL’s van de darm naar de lever te meten. Deze methode berust op het kweken van een bacteriesoort, Bacteroides thetaiotamicron, in de volksmond ook wel B. theta genoemd, en deze in een reageerbuis SL’s te laten produceren. De sleutel tot deze methode is dat de nieuw geproduceerde SL’s chemisch gebonden zijn aan fluorescerende moleculen. Onderzoekers voeren deze bacterieculturen aan laboratoriummuizen en meten of de fluorescentie zich in hun organen voortplant. De fluorescentie is dus een indicatie voor de bacterieel geproduceerde SL’s, en de aanwezigheid ervan in de muis is een indicatie voor de overdracht van deze moleculen vanuit de darm. Met deze methode stelden de wetenschappers vast dat de SL’s van B. theta inderdaad in de muizenlever terechtkomen! (Figuur 2) Om te bevestigen dat deze moleculen SL’s zijn en geen artefact, vergeleken zij de waargenomen fluorescentie-overdracht met een kweek van bacteriën die zodanig gemuteerd waren dat zij niet langer SL’s kunnen produceren. Wanneer culturen van dit gemuteerde insect aan muizen werden gevoerd, was de bij de muizen waargenomen fluorescentie veel zwakker, hetgeen erop wijst dat het in feite de SL-productie van B. theta was die tot deze overdracht leidde. Met behulp van een reeks betrokken chemische benaderingen stelden de auteurs vast dat het specifieke SL dat in muizenlevers wordt overgebracht, afkomstig is van homoserine, een aminozuur dat niet door ons DNA wordt gecodeerd!
De vette lever ontvetten
Het ontdekken van de identiteit van dit mysterieuze molecuul was een grote stap, maar uitzoeken waarom we ons erom moeten bekommeren is een nog grotere. Om te ontrafelen hoe de lever door dit molecuul wordt beïnvloed, begonnen de auteurs met het bestuderen van levercellen in hun laboratorium. Zij gebruikten een leververvettingmodel waarbij levercellen met suiker worden gevoed en daardoor vet ophopen. Na behandeling met hun favoriete SL, merkten de auteurs dat hun vette levercellen de energiedysregulatie, veroorzaakt door vetophoping, begonnen om te keren. Dit suggereerde dat dit bacteriële molecuul misschien het levermetabolisme verbetert wanneer een suikerrijk dieet dit tracht te ruïneren. Om deze waarneming te bevestigen, zetten de wetenschappers hun muizen op een hoog sucrose dieet om een vette lever te induceren. Binnen een maand na het volgen van dit suikerdieet, vertoonden deze muizen vetophopingen in hun lever. Om te bepalen of onze superhero sfingolipide deze muizen helpt, voerden de auteurs hen ofwel normale (“wild-type”) bacteriën die SL’s produceren, ofwel gemuteerde bacteriën die dat niet kunnen. Verrassend genoeg maakten muizen die normale B. theta kregen hun vette levers ongedaan! Ze vertoonden een afname van de hoeveelheid vet en ontsteking, wat wijst op een betere gezondheid in vergelijking met hun met mutante bacteriën gevoede soortgenoten (figuur 3). Deze veranderingen impliceren dat bacteriële sfingolipiden de lever van de gastheer kunnen binnendringen en hun metabolisme kunnen verbeteren. Hoewel er nog veel werk moet worden verricht om precies uit te zoeken hoe de SL positieve effecten op het levermetabolisme bewerkstelligen, toont dit onderzoek één manier aan waarop onze bacteriën kunnen helpen onze beschermers te bewaken!
Link to the original post: Le, H. H., Lee, M. T., Besler, K. R., & Johnson, E. L. (2022). Host hepatic metabolism is modulated by gut microbiota-derived sphingolipids. Cell host & microbe, 30(6), 798–808.e7. https://doi.org/10.1016/j.chom.2022.05.002
Featured image: Created by author using Adobe Illustrator.
Vertaald door: Liang Hobma
micro-bites.org 