Состав микробиома мышей связан с минеральной плотностью костной ткани в условиях микрогравитации

Американские ученые изучили микробиоту и метаболиты мышей, пробывших на Международной космической станции 4,5 или 9 недель. В первой группе микробиота быстро восстановилась после возвращения на Землю, во второй группе изменения были более выраженными. Авторы также выявили бактерии и метаболиты, которые могут влиять на снижение минеральной плотности костной ткани, характерное для условий микрогравитации.

Credit:
123rf.com

Во время пребывания в космосе на организм человека оказывают влияние различные факторы, такие как космическая радиация, недостаток сна и микрогравитация, что сказывается на его физиологии. Так, была отмечена потеря минеральной плотности костной ткани. Также микрогравитация ассоциирована с изменениями состава микробиома человека и грызунов. Неясно, как эти изменения влияют на здоровье. В 2014 году была запущена программа, которая позволяет проводить более длительные эксперименты с грызунами на борту Международной космической станции. Именно благодаря этой программе стало возможным возвращение на Землю живых грызунов, долгое время пробывших на борту станции. Ее основной задачей был поиск лекарства от остеопороза, вызванного пребыванием в космосе.

В новой работе американские исследователи описали результаты дополнительного исследования связи микробиома грызунов и гомеостаза костей. Ранее такая связь уже была продемонстрирована в других работах. Это важно для разработки терапии и поддержания здорового гомеостаза в будущих космических миссиях. Также авторы оценили возможность использования этой мышиной модели (самки BALB/c) в качестве in vivo системы для изучения эффекта микрогравитации на микробиом и гомеостаз костей.

Дополнительное исследования проводили на мышах, которые не получали никакой терапии в рамках основного исследования. В эту группу входили 20 мышей, которым на момент запуска было 30 недель. Первая когорта (10 грызунов) пробыла на борту Международной космической станции 4,5 недель, после чего живой вернулась на Землю (когорта LAR), где восстанавливалась еще 4,5 недель. Оставшиеся 10 мышей пробыли на станции все девять недель (когорта ISS). Контрольные когорты LAR_G (10 мышей) и ISS_G (10 мышей) все это время жили на Земле в тех же условиях, что и экспериментальные когорты, за исключением микрогравитации.

Состав микробиома оценивали с помощью секвенирования 16S рРНК. Ранее на людях уже было показано, что в условиях микрогравитации разнообразие микробного состава повышается. То же ранее было показано и для грызунов. Однако в новом исследовании микробный состав и альфа- и бета-разнообразие в когорте LAR были похожи на группу LAR_G (состав микробиоты в группе LAR оценили через 24 часа после возвращения на Землю). Различия были выявлены между этими когортами и мышами из вивария. Lactobacillus, Ruminiclostridium 9 и Shuttleworthia были обогащены в LAR по сравнению с LAR_G, а представителей Escherichia-Shigella и Hungatella в когорте LAR было меньше.

Затем авторы сравнили когорту ISS, которая пребывала на борту космической станции дольше, с контрольной когортой ISS_G. В когорте ISS было выше альфа-разнообразие по сравнению с ISS_G, но результат не был статистически значимым. Бета-разнообразие было значительно повышено. В микробиоте когорты ISS было больше представителей Clostridium sensu stricto 1, Romboutsia, Ruminiclostridium 9 и Shuttleworthia, но меньше Hungatella.

При сравнении LAR и ISS было показано, что в когорте ISS было значительно выше альфа- и бета-разнообразие. Несколько родов микроорганизмов были обогащены в ISS, включая Lactobacillus.

Чтобы валидировать результаты анализа 16S рРНК, авторы использовали глубокое полногеномное секвенирование методом дробовика. Они подтвердили, что в микробиоте мышей из когорты ISS было больше Dorea sp. и Lactobacillus murinus по сравнению с когортой ISS_G. Также авторы показали, что в когорте ISS было обогащено множество метаболических путей, например, метаболизма молочной и яблочной кислот, глутатиона, лейцины/изолейцина и масляной кислоты, в том числе и из-за Dorea sp. и L. murinus.

Основное исследование показало снижение минеральной плотности костной ткани в когорте ISS по сравнению с ISS_G. Ранние исследования показали, что изменение состава микробиома влияет на изменение минеральной плотности костной ткани через повышение уровней короткоцепочечных жирных кислот, таких как уксусная, пропионовая и масляная кислоты. Авторы предположили, что изменение состава микробиома в когорте ISS по сравнению с ISS_G может опосредованно повлиять на гомеостаз костей. Уровни уксусной, пропионовой и масляной кислот не изменились. Однако повысились уровни молочной и яблочной кислот, как ранее было показано у астронавтов. Гены, кодирующие лактатдегидрогеназу, были обогащены из-за присутствия большого количества Dorea sp. и L. murinus, то есть повышение уровня молочной кислоты может быть связано и с этим тоже. В когорте ISS было также отмечено повышение уровня других метаболитов, например, глутатиона, лейцина и изолейцина.

Таким образом, у мышей, вернувшихся на Землю через 4,5 недели, состав микробиома быстро восстановился. Авторы отмечают, что на это могут влиять и другие факторы, не только наличие или отсутствие микрогравитации. Так, на борту космической станции мыши не могут заниматься копрофагией, а после возвращения на землю возобновляют это поведение. Это, по мнению ученых, тоже может способствовать быстрому восстановлению нормальной микробиоты. Однако для того, чтобы сделать вывод о влиянии Dorea sp. и L. murinus на минеральную плотность костной ткани, нужны дополнительные исследования.

Как длительное пребывание в космосе влияет на мозг

Источник:

Joseph K. Bedree, et al. Specific host metabolite and gut microbiome alterations are associated with bone loss during spaceflight // Cell Reports (2023), published April 19, 2023, DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112299

Добавить в избранное