Розробка нових флуоресцентних металевих датчиків для дослідження шлунково-кишкового тракту

Дослідник Університету Х'юстона розробляє новий набір металевих датчиків, які зможуть функціонувати в шлунково-кишковому тракті, в середовищі з низьким вмістом кисню, щоб вивчити реакцію бактерій кишечника, коли мікроелементи, такі як залізо та цинк, виведені з рівноваги або через дієту, або через хвороби.

Ми розробляємо нові датчики флуоресцентних металів, які не покладаються на кисень, щоб їх можна було застосовувати до посівів бактерій кишечника в умовах низького вмісту кисню або в анаеробних умовах ".

Меліса Застров, доцент кафедри хімії Х'юстонського університету

Застров отримала $ 1,9 млн від Національного інституту загальних медичних наук за розробку своїх металевих датчиків на основі білків.

Поживні речовини мікроелементів жорстко регулюються в живих системах, щоб уникнути дефіциту або токсичних перевантажень, але рівень металів у шлунково-кишковому тракті залежить від дієти. Дієтичні метали впливають на колонізацію бактерій і здатність протистояти дії інфекційних бактерій, що призводить до збільшення шансів зараження або шлунково-кишкових захворювань.

Але як це відбувається, коли діють молекулярні механізми, залишається в основному невідомим. Розуміння того, як дієта змінює мікробіоти кишечника та їх функції, має закласти основу для лікування та профілактики захворювань.

"Цей брак знань суттєво обмежує нашу здатність прогнозувати, як дієта або статус металу-господаря вплинуть на лікування шлунково-кишкових захворювань або інфекцій. Наша довгострокова мета - з'ясувати молекулярні механізми, що впливають на те, як необхідні метали впливають на мікробіоти кишечника людини", - сказав Застров.

Пов’язані історії

Дослідники роками виявляють метали в біологічних системах, як правило, за допомогою флуоресцентних датчиків, виготовлених із синтетичних матеріалів або зелених флуоресцентних білків (GFP), яким кисень стає флуоресцентним. Оскільки багато кишкових бактерій не можуть вижити в присутності кисню, а кишечник є переважно безкисневим середовищем, сенсори на основі GFP погано працюють для їх вивчення.

Сенсори Застроу використовуватимуть білки, які вона віддає перевагу, оскільки їх можна направити до певної мішені, як окремий тип бактерій, але їм не буде потрібно кисню, щоб стати флуоресцентним.

"Флуоресцентні датчики на основі білка на основі білка будуть використовуватися в живих анаеробних культурах, що містять види Lactobacillus, для вивчення поглинання металів і того, як рівень іонів металів змінюється з часом", - сказав Застров, який також вивчить, як основні метали впливають на пробіотичні види Lactobacillus.

Пробіотичні бактерії, які приносять користь здоров’ю при споживанні в достатній кількості, давно використовуються для збагачення здоров’я кишечника. Однак, незважаючи на десятиліття досліджень, ефективність пробіотиків є дискусійною і часто суперечливою, тому існує значна потреба зрозуміти молекулярні механізми, що лежать в основі впливу пробіотиків, і те, як на них впливають метали. Застров сказав, що інформація може призвести до кращого, індивідуалізованого лікування.

"Якщо ви розумієте, з чого складається кишкове співтовариство пацієнта і як воно функціонує, тоді ви потенційно можете приймати більш обгрунтовані рішення щодо того, як лікувати їх", - сказав Застров.