Кишечные бактерии человека могут расщеплять холестерин
Биологи из Института Брода, основанного Гарвардским университетом и Массачусетским Технологическим институтом, и Массачусетской больницы общего профиля в Бостоне нашли кишечные бактерии человека, которые вырабатывают полезный фермент. Он может превращать холестерин, закупоривающий артерии, в безвредную форму, которая не усваивается организмом. Ученые предлагают использовать этот фермент для лечения высокого уровня холестерина.
В предыдущих исследованиях уже было установлено, что микробиом кишечника человека влияет на уровень холестерина. Исследование 2020 года выявило бактериальный фермент под названием ismA, который может превращать холестерин в копростанол — липид, который не усваивается, а выводится из организма. У людей, чьи кишечные бактерии вырабатывают этот фермент, уровень холестерина в крови был ниже, чем у тех, чьи кишечные бактерии этого не делали.
Это исследование было опубликовано той же группой гастроэнтеролога и микробиолога Рамника Ксавьера из Массачусетской больницы общего профиля в Бостоне, которая сделала и новую работу. До сих пор не было ясно, какие именно бактерии производят ферменты, перерабатывающие холестерин.
Для нового исследования ученые проанализировали микробные геномы в образцах стула 1429 участников долгосрочного исследования факторов риска сердечно-сосудистых заболеваний. Команда обнаружила множество видов кишечных бактерий, в том числе представителей рода Oscillibacter, которые коррелируют с более низким уровнем холестерина. Исследователи подтвердили свои результаты на участниках двух независимых исследований.
Темная материя кишечника
Затем команда провела анализ у двух видов Oscillibacter и еще одного вида бактерий. Ученые искали у этих бактерий гены, сходные с теми, которые, как уже известно, влияют на метаболизм холестерина. Для этого ученые использовали алгоритм глубокого обучения, который они называют «моделью белкового языка». Модель оценивает не только характеристики самого гена, но и прогнозирует, как белок, кодируемый геном, будет складываться в трехмерную структуру. Дополнительная информация делает алгоритм более чувствительным, чем те, которые полагаются только на информацию о гене.
Ученые обнаружили, что у этих трех видов бактерий есть гены, кодирующие белки, структурно похожие на ismA и другие ферменты, участвующие в метаболизме холестерина.
Этот метод является «инновационным и важным», говорит Даоминг Ван из Университета Гронингена в Нидерландах, который не принимал участия в исследовании, потому что этот метод обеспечивает проникновение в «темную материю» микробиома: это — бактериальные гены, про которые пока неизвестно, как они работают и для чего нужны. Ученые показали в лабораторных экспериментах, что эти три вида бактерий могут перерабатывать холестерин.
Лечебные бактерии
Если бы найденные учеными бактерии или ферменты можно было доставить в нужное место в кишечнике, можно было бы снизить необходимую дозу лекарств, таких как статины, предназначенных для снижения уровня холестерина.
Но существуют препятствия на пути такого лечения. Доставка полезных бактерий очень хорошо сработала при лечении инфекций, вызванных распространенным патогеном Clostridium difficile, говорит Ксавьер, но токсин Clostridium difficile сам убивает множество бактерий, освобождая место для полезных. А у людей, получающих лечение от повышенного уровня холестерина сохраняется привычное сообщество микробиома кишечника, которое наверняка вытеснит полезные бактерии. Тем не менее, ученые полагают, что внедрить полезные бактерии в микробиом все-таки удастся.