The institute's scientists revealed an effect of the intestinal bacteria on the body's systems mediated by the supply of essential compounds for energy production in the mitochondria
In the last decade, we have witnessed a revolution in the study of the interrelationships between the gut bacteria and the host body, in the framework of which extensive effects of the bacteria on the body's development, health and function were revealed. However, despite the impressive progress in the field, the mechanisms by which the intestinal bacteria affect the various body systems remain obscure. In a recently published study, scientists at the Weizmann Institute for Science revealed a unifying mechanism based on a close relationship between the intestinal bacteria and energy production in the host body. The new findings also provide a mechanistic explanation for a well-known evolutionary phenomenon - a choice between personal survival and procreation.
A few years ago it was revealed in the laboratory of פרופ' יואב סואן מהמחלקה למדעים ביומולקולריים, קשר מפתיע בין חיידקי המעי לייצור ביציות בשחלות ובהמשך גם להתפתחות הצאצאים. במחקר הנוכחי – בהובלת ד"ר יוליה גנאינסקי ממעבדתו של פרופ' סואן ובשיתוף פעולה עם ד"ר סרגיי מליצקי וד"ר מקסים איטקין מהמחלקה לתשתיות מחקר מדעי החיים – ניסו החוקרים להבין כיצד חיידקים שנמצאים במעי משפיעים "מרחוק" על פעולת מערכת הרבייה בשחלות. במחקר שנערך במודל זבוב הפירות, נחשף מנגנון השפעה חיידקית על מאזן האנרגיה בגוף באמצעות אספקת מטבוליטים חיוניים לייצור האנרגיה בכלל תאי הגוף.
מוקד ייצור האנרגיה בתאי הגוף מצוי במיטוכונדריון, המכונה לעתים תחנת הכוח של התא. זהו אברון קטן שמאות או אלפים ממנו נמצאים ברוב התאים בגוף. המיטוכונדריות הן היצרן העיקרי של ATP – מטבע האנרגיה המרכזי של כלל היצורים החיים. ייצור ATP במיטוכונדריה תלוי בפעילותם של קו-אנזימים הנגזרים מוויטמינים, למשל ריבופלבין (ויטמין B2) המהווה "חומר גלם" לקו-אנזים החיוני FAD. ואולם הזבוב, כמו האדם ובעלי-חיים אחרים, אינו מסוגל להפיק ויטמינים מקבוצת B בעצמו וזקוק לאספקה "חיצונית" – ממקור חיידקי או באמצעות תזונה. באופן מטפורי, ניתן לדמות את חיידקי המעי ליצרני חומרי גלם המופקים במעי ומופצים למערכות הגוף כולו – ומכאן השפעתם המערכתית. חשיבות האספקה החיידקית צפויה לגדול בתנאי חסך תזונתי, והחוקרים שיערו כי גם בתנאי תזונה שכיחים למדי, חיידקי המעי הם ספקים משמעותיים של ויטמינים הדרושים לפעילות המיטוכונדריה. כדי לבדוק זאת הם הסירו את חיידקי המעי בנקבות זבובים. מלבד ירידה בתפוקת הביציות בזבובות הסטריליות, הם איתרו גם מחסור ב-FAD ובהתאם – עיכוב בפעילות המיטוכונדריאלית, צמצום תפוקת ה-ATP וירידה מתונה במשקל הגוף; השפעה מעכבת חזקה במיוחד על הפעילות המיטוכונדריאלית נרשמה בקבוצה ספציפית של תאי שחלה העוטפים את הביצית.
Bacterial effect on mitochondria
To test whether the inhibition of mitochondrial activity in ovarian cells leads in itself to a decrease in egg production, the researchers used genetic tools that inhibit the expression of mitochondrial proteins in selected cells, while avoiding the elimination of intestinal bacteria. It was found that the inhibition of the mitochondria in the cells of the oocyte envelope is sufficient to lower the rate of oocyte production; In fact, the effect of inhibiting mitochondria in these cells resembled the effect of eliminating the bacteria. It was also found that supplying intestinal bacteria, or alternatively vitamin B2, to females that developed without bacteria, increases mitochondrial activity in these cells and increases the rate of egg production, as well as ATP levels in the body. Further strengthening of the causal link between the intestinal bacteria and the production of energy in the host's body was obtained from experiments that revealed a positive effect of the intestinal bacteria on the ATP supply in males as well.
"בניסיון להבין כיצד חיידקי מעי משפיעים 'מרחוק' על פעולת מערכת הרבייה בשחלות, חשפנו מנגנון יסודי של בקרה חיידקית על פעילות המיטוכונדריה בתאי הגוף", אומר פרופ' סואן. "כפי שהודגם רבות בעבר, פשטותו היחסית של מודל הזבוב יעילה בחשיפת תהליכים יסודיים המתקיימים בכלל היצורים החיים, ובהם בני-אדם. אם נוסיף על כך את העובדה שלמעשה אין 'פטנט' אחר – כלומר תהליכי ייצור האנרגיה שמורים אבולוציונית – אפשר לצפות כי הממצאים היסודיים שנתגלו במודל הזבוב מתקיימים באופן דומה בבעלי-חיים רבים".
ממצאי המחקר מציעים גם הסבר מנגנוני לברירה בין הקצאת אנרגיה להישרדות ובין השקעת אנרגיה בהעמדת צאצאים. כדי לשרוד בתנאי לחץ יש להשקיע אנרגיה בהתמודדות עם גורם הלחץ – והשקעה זו גורעת מסך האנרגיה והמשאבים הרבים הנדרשים לצורך רבייה. הקשר שנחשף במחקר בין חוסר בוויטמיני B (והקו-אנזימים הנגזרים מהם) לירידה בפעילות המיטוכונדריאלית בשחלה, מהווה בסיס למנגנון ויסות הנוטה לתעדף השקעת אנרגיה בפעילויות הישרדותיות על-פני השקעה בדור הבא. "אף שהקשר הודגם לעת עתה רק במצב של היעדר חיידקים וביחס לוויטמין B2 בלבד, ויסות מעין זה צפוי להתקיים בטווח רחב של מצבים תזונתיים", אומרת ד"ר גנאינסקי.
התמונה שעולה מהמחקר היא שהסימביוזה בין החיידקים לגוף המארח נשענת על ציר מרכזי – השפעה חיידקית על המיטוכונדריה. אם נוסיף לכך את העובדה שהמיטוכונדריון הוא אברון בעל מטען גנטי משל עצמו ונחשב שריד אבולוציוני של חיידקים קדמונים, מתקבלת מראית עין של שיתוף פעולה בין חיידקי המעי ל"אמותיהם הקדמוניות" – המיטוכונדריה.
More of the topic in Hayadan:
