Кишечная палочка синтезирует аминокислоты
08.11.2019 01:03
Диетический L-Серин дарует конкурентное преимущество для болезнетворной кишечной палочки в воспаленной кишке
Исследователи описывают, как плохие бактерии получают преимущество перед хорошими бактериями при ВЗК, и как диета может изменить это.
Одна из наиболее распространенных форм воспалительного заболевания кишечника (ВЗК), называемая болезнью Крона, характеризуется воспалением в пищеварительном тракте и может привести к сильной диарее, боли и потере веса. Причины ВЗК до сих пор остаются загадкой, но ученые теперь знают, что микробиом кишечника, состоящий из триллионов бактерий, является ключевым игроком в этой патологии.
В новой статье в Nature Microbiology исследователи из медицинского центра Michigan Medicine Мичиганского Университета (США) описывают, как вредные бактерии начинают преобладать над хорошими при ВЗК и как изменение диеты, может изменить данную ситуацию. «Те же бактерии присутствуют в здоровых и воспаленных желудочно-кишечных трактах», – говорит доктор философии Нобухико Камада (Nobuhiko Kamada), доктор медицинских наук, заведующий отделом гастроэнтерологии департамента внутренней медицины. «Они просто меняют своих конкурентов. Мы задались вопросом, что за механизм стоит за этим?»
Хотя кишечная палочка E. coli, печально известная бактерия, стоящая за многими случаями пищевого отравления, присутствует в нормальном здоровом кишечнике, болезнетворная форма этой бактерий способна превзойти своих более доброкачественных собратьев, когда кишечник воспален. В более ранней работе в рамках Мичиганского проекта микробиома команда Камады показала, что плохая версия E. coli обычно контролируется хорошей E. coli и другими полезными бактериальными видами через метаболизм углеводов, предпочтительный источник питательных веществ для E. coli. Однако при воспалении количество хороших видов бактерий уменьшается, оставляя меньше доступного сахара для использования и роста кишечной палочки. Тем не менее, болезнетворные кишечные палочки по-прежнему способны взять верх.
Команда предположила, что плохая кишечная палочка (в частности, исследовалась Escherichia coli LF82) должна изменить свои диетические предпочтения с сахара на что-то другое, что даст ей преимущество над другими бактериями. На самом деле, эксперименты с мышиными моделями ВЗК показали, что плохая кишечная палочка развила вкус к аминокислотам, особенно L-серину (на gif слева модель молекулы серина), когда их среда была воспалена. Иными словами, воспаление кишечника перепрограммирует метаболические пути энтеробактерий, таких как Escherichia coli LF82, в кишечнике, чтобы приспособиться к воспалительной среде. В результате кишечная палочка меняет свой метаболизм для катаболизации L-серина в воспаленной кишке, чтобы максимизировать его ростовый потенциал. «Мы обнаружили, что патогенная кишечная палочка имеет повышенные гены для метаболизма серина», – сказал первый автор исследования Шо Китамото (Sho Kitamoto), научный сотрудник лаборатории Камады. Кроме того, команда смогла контролировать чрезмерный рост, скармливая мышам с ВЗК диету с низким содержанием Серина.
Концентрация люминального L-Серина в значительной степени зависит от приема пищи. Соответственно, отказ от аминокислот в рационе заметно снижает их доступность в просвете кишечника. Следовательно, вызванное воспалением цветение E. coli LF82 значительно притупляется, когда аминокислоты, в частности L-серин, удаляются из рациона. Таким образом, способность катаболизировать L-Серин обеспечивает E. coli LF82 преимущество в росте по сравнению с конкурентами в воспаленной кишке.
Вместе эти данные намекают на возможный механизм борьбы с вредными бактериями с помощью питания. «Конечно, мы могли бы использовать антибиотики для уничтожения вредных бактерий», – говорит Камада. «Но кишечная микробиота играет полезную роль для биологии хозяев, а антибиотики убивают хороших «парней» вместе с плохими «парнями»».
P.S. Предполагается, что отказ от потребления продуктов, богатых серином в стадии ремиссии, поможет снизить концентрацию E.coli, усугубляющей ВЗК. К таким продуктам, в частности, относятся яйца, соя и др.
Источник: Материалы представлены Michigan Medicine – University of Michigan.
Статья в журнале: Sho Kitamoto, Nobuhiko Kamada, et. al. Dietary l-serine confers a competitive fitness advantage to Enterobacteriaceae in the inflamed gut. Nature Microbiology, 2019
Пожалуйста, авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий.
Я согласен(на) на обработку моих персональных данных. Подробнее
Пожалуйста, авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий.
Источник
Инсулин – это белок, который является гормоном поджелудочной железы. Действие инсулина в основном направлено на обмен углеводов и проявляется снижением уровня сахара в крови (гипогликемический эффект). Это происходит за счет того, что инсулин облегчает переход глюкозы в клетки органов и тканей, где стимулирует ее активирование путем образования глюкозо-6-фосфата.
Последний, окисляясь, обеспечивает клетки энергией. Таким образом, инсулин способствует периферическому окислению глюкозы. Наряду с этим инсулин тормозит распад гликогена в клетках печени. При этом снижаются процессы распада жиров и превращение аминокислот в глюкозу и происходит активирование синтеза жиров и белков.
При недостатке инсулина развивается тяжелое заболевание – диабет; при этом разрушается нормальный обмен веществ. Диабетики должны получать инсулин ежедневно, если этого не происходит, то развивается тяжелое состояние – диабетическая кома, и организм погибает. Потребность в инсулине огромна. Долгое время источником инсулина служили железы коров и свиней. Учитывая, что поджелудочная железа коровы весит 200-250 г, для получения 100 г кристаллического инсулина нужно 800-1000 кг исходного сырья. Понятно, что животный инсулин не мог обеспечить всех больных. Например, в 1979 г. из 60-ти млн больных диабетом во всем мире, только 4 млн получали препарат инсулина.
Инсулин построен из двух полипептидных цепей А и В длиной 20 и 30 аминокислот, последовательность которых была установлена Сэнгером в 1955 г. Синтез обеих цепей и соединение их дисульфидными связями для получения инсулина были проведены тремя коллективами исследователей в Сша, Китае и ФРГ в 1963 и 1965 гг. Однако осуществить в промышленном масштабе столь дорогостоящий и сложный синтез, который включает 170 химических реакций, оказалось трудно. Тем не менее в 1980 г. в Дании (компанией «Ново индастри») был разработан способ превращения инсулина свиньи в инсулин человека замещением остатка аланина, который является 30-й аминокислотой в цепи В на остаток треонина.
Это удалось достигнуть путем ферментативного замещения с последующей хроматографической очисткой продукта; в результате был получен однокомпонентный инсулин человека 99 %-й чистоты. Исследования двух однокомпонентных инсулинов (человеческого и свиного) показали, что они не различались по активности и по времени действия. В 1982 г. инсулин производили главным образом две компании «Эли Лилли» (85 % сбыта инсулина в США и патент на его производство с 1923 г.) и «Ново индастри» (47,5 % сбыта гормона в Европе).
В организме животного две полипептидные цепи инсулина исходно являются частями одной белковой молекулы длиной 109 аминокислот – препроинсулина. При синтезе препроинсулина в клетках поджелудочной железы первые 23 аминокислоты служат сигналом для прохождения молекулы сквозь мембрану клетки; эти аминокислоты отщепляются, образуется проинсулин длиной 86 аминокислот. Молекула проинсулина сворачивается таким образом, что начальный и конечный ее сегменты сближаются, а центральная часть молекулы удаляется с помощью ферментов.
Так образуется инсулин. Роль центральной части сводится к правильному взаимному расположению двух цепей инсулина.
Гилберт с сотрудниками выделили и-РНК из поджелудочной железы крысы, синтезировали ДНК-копию (комплементарная ДНК), которая была встроена в плазмиду E. coli в среднюю часть гена пенициллиназы (этот фермент в норме секретируется из клеток), и получили рекомбинантную плазмиду. Как показало определение последовательности ДНК, рекомбинантная плазмида содержала информацию о структуре проинсулина, но не препроинсулина.
При трансляции и-РНК в клетках кишечной палочки синтезировался гибридный белок, содержащий последовательности пенициллиназы и проинсулина. Далее отщепляли пенициллиназу и удаляли средний сегмент проинсулина действием трипсина. Позднее было показано, что полученные таким образом молекулы влияют на сахарный обмен, как гормон, выделенный из поджелудочной железы крысы.
В 1979 г. в США были синтезированы гены, кодирующие А и Б цепи инсулина. Далее каждый синтетический ген встраивали в плазмиду E. coli в конце гена -галактозидазы. После этого синтезированные полипептиды отщепляли от фермента, проводили их очистку и цепи соединяли in vitro для получения полной молекулы инсулина.
В клетках E. coli был также осуществлен биосинтез проинсулина, а не только отдельных ее цепей. Для этого на и-РНК проинсулина синтезировали ее ДНК-копию с помощью обратной транскриптазы (ДНК-полимераза). Этот способ имеет серьезное преимущество, поскольку различные этапы экстракции и выделения гормона сведены к минимуму. С помощью этого метода был получен высокий выход гормона -200 г на 1000 л культуральной жидкости (это эквивалентно количеству инсулина, выделенного из 1600 кг поджелудочной железы животных).
Исследователям из компании «Генентек» потребовалось 10 месяцев, чтобы в сентябре 1978 г. получить инсулин человека в специально сконструированном штамме кишечной палочки. Этот инсулин прошел самые серьезные и длительные испытания, которые показали, что он не вызывает никаких побочных явлений, как инсулин животных (у одного из каждых 20-ти больных инсулин животных вызывает аллергию; часто наблюдаются также расстройства почек и зрения ).
Кроме того, при длительном применении препарат не вызывал отрицательных иммунологических реакций.
Технология производства инсулина в бактериальных клетках имеет огромные преимущества перед получением инсулина из поджелудочной железы животных: не зависит от перебоев или количества сырья, конечный продукт всегда имеет одинаковый состав и степень чистоты.
В октябре 1982 г. был налажен выпуск «хемулина» (препарата синтетического инсулина человека) фирмой «Эли Лилли», которая затратила 100 млн долларов, чтобы начать поставку продукта на рынок.
Л.В. Тимощенко, М.В. Чубик
Опубликовал Константин Моканов
Источник
Теория адекватного питания академика Уголева
Составляющие пищи – не только питательные вещества
В теории сбалансированного питания (ТСП) представляется, что пища содержит только две составляющие: питательные и балластные вещества. И что наш организм своими силами растворяет и всасывает питательные вещества, а балластные выводятся в виде мочи и кала. Уже знакомый нам академик Уголев считал такой подход к пище слишком упрощенным. Он рассматривал ее, как источник нескольких потоков веществ и активных элементов из кишечника в организм.
В теории адекватного питания академика Уголева предполагается кроме потока питательных веществ рассматривать еще пять потоков:
1-й – поток гормонов.
2-й, 3-й,4-й. – три потока метаболитов – продуктов жизнедеятельности микроорганизмов .
5-й – поток веществ, поступающих с загрязненной пищей.
Рассмотрим эти потоки более подробно.
Поток гормонов
Давайте сначала разберемся, что же это такое – гормоны и гормональный фон. Гормоны – это переносчики команд управления от одних органов к другим. Английские ученые Старлинг и Бейлисс, открыли их в 1906 г., и назвали гормонами, от греческого hormao, что значит “возбуждать, стимулировать”. Органы, продуцирующие гормоны (команды), называются эндокринными. Давайте посмотрим на атлас. Эндокринными органами являются Гипоталамус, Щитовидная железа, Поджелудочная , Гипофиз , Надпочечники , Половые железы. Гормоны, вырабатываемые эндокринными органами, выделяются в кровоток и поступают во все части организма, но каждый из них действует только в одном месте или в определенном органе тела, именуемом органом-мишенью.
Человеческий организм зиждется на поистине огромном списке различных гормонов (ФСГ, ЛГ, ТТГ, тестостерон, эстрадиол, прогестерон, пролактин и др.). Эти биологически активные вещества участвует во всех процессах жизнедеятельности. Они регулируют все процессы в организме от роста клеток до выделения желудочной кислоты. Гормональный фон – это баланс гормонов в организме. От концентрации определенных видов гормонов зависит наше самочувствие и общее физическое состояние организма. Плаксивость, истеричность, чрезмерная импульсивность и навязчивые страхи по любому поводу – явные признаки нарушение баланса гормонов. Изменения или нарушение гормонального фона организма выражаются в снижении содержания гормонов в крови и могут спровоцировать возникновение тяжелых видов заболеваний.
В 50-60 е годы ХХ века наукой было установлено, что не только поджелудочная железа, но и весь кишечник тоже является эндокринным органом. Одним из достижений академика Уголева было то, что он установил, что желудочно-кишечный тракт является самым большим эндокринным органом. Если раньше считалось, что ЖКТ вырабатывает только гормоны для управления самим собой, например гастрин, то Уголев показал, что он вырабатывает практически весь спектр гормонов, регулирующих деятельность организма.
Эндокринные клетки ЖКТ продуцируют гормоны, типичные для гипоталамуса и гипофиза, а клетки гипофиза – гастрин. Т.о. по некоторым гормональным эффектам гипоталамо-гипофизарная и желудочно-кишечная системы оказались родственными. Даже такие гормоны, как эндорфины и энкефалины, синтез которых ранее приписывался исключительно мозгу, вырабатываются в кишечнике. В частности эти морфийные гормоны вырабатываются у младенца при расщеплении белка материнского молока, а у взрослых – при расщеплении белка пшеницы. Напомню, что эти гормоны вызывают обезболивание, чувство беспричинной радости, счастья, эйфории. Также кишечник вырабатывает 95% всего серотонина, недостаток которого приводит к депрессиям и мигреням.
Теперь самое главное – регуляция образования гормонов в желудочно-кишечном тракте отличается от таковой в других эндокринных системах тем, что секреция гормонов зависит не столько от состояния организма, сколько от прямого взаимодействия компонентов пищи со стенками кишечника, а некоторые гормоны поступают непосредственно с пищей или синтезируются внутри кишечника.
Хочу обратить внимание на важность этого вывода!
Гормональный фон, который влияет на состояние нашего организма, наше настроение и работоспособность, напрямую зависит от пищи, которую мы едим.
Приведу один, но очень яркий пример влияния пищи на репродуктивную функцию.
Нарушения гормонального фона – самая частая причина бесплодия у женщин (до 40% всех случаев) и азооспермии у мужчин. Азооспермия – малая концентрация или отсутствие сперматозоидов в сперме.
На форуме сайта syromonoed.com описывается опыт мужчины, концентрация сперматозоидов которого выросла с 4 млн до 96 млн в 1 мл (больше, чем в 20 раз!) за четыре месяца адекватного питания, после чего он стал счастливым отцом.
Поток гормонов, осуществляемый с приемом пищи никак не учитывается ни ТСП, ни современной медициной. Большинство врачей не знают, что удаление части ЖКТ приводит к серьезным гормональным нарушениям и возникновению новых болезней. Уголев приводит пример в котором частичное удаление двенадцатиперстной кишки привело к изменению функционирования коры надпочечников, гипотоламуса, гипофиза и изменению структуры щитовидной железы.
Так что все в нашем организме взаимосвязано и ничего нет лишнего. И пища является одним из важнейших стимуляторов работы всех систем.
Три потока метаболитов
Этот поток формируется при участии бактериальной флоры кишечника.
Первый поток – модифицированные микрофлорой поступающие питательные вещества.
Второй поток – продукты жизнедеятельности бактерий.
Третий поток – модифицированный бактериальной флорой поток балластных веществ, или так называемый поток вторичных питательных веществ.
Рассмотрим подробнее.
Первый поток – бактерии помогают нам переваривать поступившие питательные вещества до более простых соединений. Например, аминокислоты до аминов. Здесь более-менее все понятно.
Второй поток – продукты жизнедеятельности бактерий.
Часть из них нам полезна (витамины, аминокислоты). Часть – токсичные вещества, проникающие в кровь и воздействующие на весь организм.
Многие из этих веществ вырабатываются и самим нашим организмом, например гистамин. Он вырабатывается в клетках желудка и контролирует ряд функций мозга, секрецию желудочного сока и способствует образованию язв желудка. И он же является продуктом жизнедеятельности бактерий.
Чрезмерный рост или уменьшение количества бактерий, вырабатывающих подобные вещества, приводит к изменению потока продуктов их жизнедеятельности. Вот здесь хочу остановиться и привлечь ваше внимание. Количество бактерий определяется питанием. И не только бактерий. Процветание любого биологического вида зависит от питания! Так вот, количество бактерий, живущих в нашем кишечнике, зависит от пищи, которую мы принимаем.
Если мы питаемся тем, для чего создан наш кишечник,
то продукты жизнедеятельности бактерий
легко принимаются и перерабатываются нашим организмом.
При таком питании соотношение разных видов бактерий будет оптимальным.
Если мы предпочтем мясные блюда – будут преобладать гнилостные бактерии, и мы получим поток ядовитых отходов жизнедеятельности этих бактерий. К тому же некоторые бактерии вырабатывают соединения-антибиотики, чем вызывают смерть других бактерий.
Третий поток – модифицированный микрофлорой поток балластных веществ.
Помните, в ТСП есть два потока – питательные и балластные вещества? Т.е. питательные организм всосал, а балластные он отправил на выход. А вот Уголев считает, что так называемые балластные (пищевые волокна) являются пищей для микрофлоры нашего кишечника. Он доказал, что бактерии толстой кишки, поедая сырую растительную клетчатку, вырабатывают незаменимые аминокислоты и витамины. Все эти чудеса делает наша микрофлора. И все, что ей для этого необходимо – сырые растительные продукты, а точнее – их пищевые волокна.
Эти три потока веществ, поступающих от деятельности микрофлоры к нам в организм, практически игнорируются современной медициной. Ведь прием любых лекарств и особенно антибиотиков уничтожает микрофлору, а вместе с ней и три потока необходимых организму веществ. Догадываясь о необходимости микрофлоры, врачи могут после антибиотиков выписать вам бифидумбактерин, но восстановление микрофлоры после ее убийства – долгий процесс.
5 поток – поток веществ, поступающих с загрязненной пищей
На этом потоке мы подробно останавливаться не будем.
Скажу Вам некоторые меры по безопасности:
– мойте руки;
– мойте фрукты и овощи.
Если у вас есть подозрение, что во фруктах много нитратов – положите их в воду на полчаса. Не ешьте продукты, на которых присутствует плесень, признаки гниения. Старайтесь есть продукты отечественного производств, их не обрабатывают для длительной транспортировки. Но и не надо преувеличивать вред нитратов и бояться импортных товаров. Подходите разумно, интересуйтесь, как выращиваются и хранятся орехи, овощи и фрукты, как сушатся сухофрукты.
Например, меня очень порадовала информация о современных овощехранилищах. Оказывается, яблоки сейчас хранят в холодильных камерах при температуре 0 градусов и при откаченном кислороде. Через специальные мембраны фильтруется воздух, регулируется содержание кислорода и углекислого газа, яблоко сохраняется до следующего урожая. И нет никакой необходимости пропитывать их химией. В любом случае, лучше есть яблоки с нитратами, чем не есть яблок вообще.
______________________________________________________________________________________________
(Глава из книги Себастьяновича Павла “Новая книга о сыроедении, или Почему коровы хищники” (СПб.: Притер, 2010. – 184 с. – Серия “Без таблеток.ru”)
Еще глава из книги: “Как устроено пищеварение или почему коровы хищники?”>>
Обсуждение и вопросы – на форуме>>
Источник