Кишечная микробиота регулирует работу митохондрий у лошадей

Для сохранения гомеостаза при длительных нагрузках в организме происходит множество перестроек на всех уровнях, вплоть до молекулярного. Митохондрии при этом играют важную роль. Они регулируют баланс кальция в цитозоле, участвуют в синтезе стероидов, инициации воспаления и многих других процессах. Группа учёных из Франции показала, что работа митохондрий, в свою очередь, регулируется кишечной микробиотой.

В исследовании учёные тестировали 20 высококлассных лошадей до и после восьмичасовой гонки на выносливость. Они анализировали метаболом и транскриптом крови, а также фекальную микробиоту.

Анализ транскриптома позволил исследователям выявить гены, уровень экспрессии которых изменился после нагрузки. Из этих генов по литературным данным отобрали те, которые связаны с работой митохондрий (mt-related гены). Полученный набор из 801 гена использовали для дальнейшего анализа.

Анализ метаболома выявил 50 известных метаболитов, включая три продукта жизнедеятельности кишечных бактерий. Содержание всех метаболитов было в пределах нормы для здоровых лошадей. Уровень некоторых метаболитов, например, молочной кислоты, которая является показателем нарушения клеточного гомеостаза, был значительно повышен после гонки.

Анализ фекальной микробиоты проводился с помощью секвенирования гена 16S рРНК. Двадцать три рода бактерий были найдены в 99% образцов. Всего выявили 100 различных родов бактерий.

Статистический анализ показал связи между группами mt-related генов и отдельными представителями кишечной микробиоты. Учёные обратили особое внимание на бактерии семейства Lachnospiraceae, продуцирующие масляную кислоту, для которой ранее уже была предложена сигнальная роль в экспрессии mt-related генов. Так, предыдущие работы показали, что масляная кислота может индуцировать экспрессию гена PPARγ, увеличивая объём жирных кислот, которые доставляются в митохондрии и окисляются там. В этом исследовании учёные также обнаружили повышенный уровень экспрессии PPARγ после физической нагрузки.

Ещё один предполагаемый способ коммуникации между кишечной биотой и митохондриями — это вторичные желчные кислоты. Роды Eubacterium и Clostridium, обнаруженные при анализе микробиома в большом количестве, способны перерабатывать первичные желчные кислоты во вторичные, которые, в свою очередь, взаимодействуют с митохондриями через ось FXR-CREB. CREB, концентрация которого у лошадей была значительно повышена после нагрузки, служит сенсором стресса и регулирует аутофагию и катаболизм жиров.

Полученные результаты подтверждают, что свободные жирные кислоты не только служат источником энергии, но и выполняют сигнальную функцию. Учёные предполагают, что повышенная выработка свободных жирных кислот предотвращает воспаление и снижает негативный эффект нарушения редокс-баланса. Это предположение подкрепляется тем фактом, что после нагрузки у лошадей уровень митохондриального сиртуина, обладающего противовоспалительным действием, был повышен.

Эта работа описывает ранее неизвестные механизмы взаимодействия кишечной микробиоты и митохондрий и открывает дорогу для дальнейших исследований, направленных на более тщательное изучение функций кишечной микробиоты.