บทความอายุยืน

ออพโตเจเนติกส์ให้แสงสีเขียวแก่แบคทีเรียในลำไส้เพื่อส่งเสริมการมีอายุยืนยาว

ออพโตเจเนติกส์ให้แสงสีเขียวแก่แบคทีเรียในลำไส้เพื่อส่งเสริมการมีอายุยืนยาว

ครั้งหนึ่งเคยคิดว่ามีบทบาทเฉพาะในการย่อยอาหารและการสังเคราะห์วิตามินบางชนิดเท่านั้น เป็นที่รู้กันว่าแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในลำไส้ของเราทำหน้าที่ได้มากกว่านั้นอีกมาก ด้วยจำนวนที่ทะลุ 100 ล้านล้าน แบคทีเรียกลุ่มนี้จึงเรียกว่าไมโครไบโอมในลำไส้ นอกเหนือจากบทบาทที่คาดการณ์ได้ในการเป็นประโยชน์ต่อสุขภาพของลำไส้แล้ว การวิจัยยังพบว่าไมโครไบโอมยังมีบทบาทในการสร้างภูมิคุ้มกัน การอักเสบ สุขภาพจิต โรคอ้วน ระบบเผาผลาญ การทำงานของสมอง และล่าสุดคือ การแก่ชรา

จุลินทรีย์ในลำไส้เหล่านี้ยังผลิตสารเมตาบอไลต์ของแบคทีเรียหลายชนิดที่ปรับสุขภาพและอายุยืนยาว ซึ่งนักวิจัยจากวิทยาลัยแพทยศาสตร์เบย์เลอร์และมหาวิทยาลัยไรซ์ได้ตั้งเป้าหมายไว้ในการศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้ ตีพิมพ์ใน อีไลฟ์ ในเดือนธันวาคม 2020 Hartsough และเพื่อนร่วมงานได้ตรวจสอบผลกระทบของสารเมตาบอไลท์ของแบคทีเรียต่อกระบวนการชราในหนอน โดยใช้แสงสีเขียวเพื่อควบคุมการทำงานของแบคทีเรียดัดแปลงพันธุกรรม หรือที่เรียกว่าออพโตเจเนติกส์

การส่งแสงไปยังกิจกรรมของยีนการออกแบบท่าเต้น

ออพโตเจเนติกส์อธิบายครั้งแรกในปี 2548 เป็นวิธีการเชิงนวัตกรรมที่ใช้แสงเพื่อควบคุมระดับและกิจกรรมของยีน แม้ว่าสาขาออพโตเจเนติกส์จะเพิ่งเกิดขึ้นไม่นานนัก แต่สาหร่ายสีเขียวบางชนิดได้ฝึกฝนมันมาโดยสัญชาตญาณมาเป็นเวลาหลายพันล้านปีแล้ว พฤติกรรมของสาหร่ายนำไปสู่การค้นพบออพโตเจเนติกส์ เนื่องจากสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวเหล่านี้ใช้โปรตีนที่เรียกว่าออปซินเพื่อเคลื่อนที่ไปยังแหล่งกำเนิดแสง ทำให้เกิดพลังงานที่จำเป็นต่อการอยู่รอดผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสง 

ในช่วง 15 ปีที่ผ่านมา ออพโตเจเนติกส์ไม่เพียงแต่ปฏิวัติสาขาประสาทวิทยาศาสตร์เท่านั้น เนื่องจากวิธีนี้มักใช้เพื่อควบคุมการทำงานของเซลล์ประสาทอย่างแม่นยำ แต่ยังแสดงให้เห็นประสิทธิภาพในการรักษาสภาวะที่เกี่ยวข้องกับหัวใจ ดวงตา และกล้ามเนื้ออีกด้วย ตอนนี้ hartsough และเพื่อนร่วมงานแสดงให้เห็นว่าออพโตเจเนติกส์สามารถนำมาใช้เพื่อควบคุมกิจกรรมของยีนและการเผาผลาญของแบคทีเรียในไมโครไบโอมในลำไส้ได้อย่างไร

การดัดแปลงพันธุกรรมกำลังเข้ามาอย่างรวดเร็ว 

การวิจัยก่อนหน้า จากทีมเดียวกันพบว่ามีแบคทีเรียกลายพันธุ์ถึง 29 ตัว เอสเชอริเคีย โคไล (อีโคไล) — ความหมาย, เวอร์ชันของ อี. โคไล ด้วยยีนที่ถูกลบ—เพิ่มอายุขัยในหนอน Caenorhabditis สง่างาม (ค. elegans) มากถึง 40 เปอร์เซ็นต์

จากจุดนั้น นักวิจัยได้จำกัดให้เหลือแบคทีเรียกลายพันธุ์ 5 ชนิดที่ส่งเสริมการมีอายุยืนยาวผ่านการหลั่งน้ำตาลชนิดหนึ่งที่เพิ่มขึ้นซึ่งพบที่ด้านนอกของจุลินทรีย์ในลำไส้หลายชนิดที่เรียกว่ากรดโคลานิก โดยเฉพาะหนึ่งใน อี. โคไล แบคทีเรียกลายพันธุ์จะลบยีนที่เรียกว่า โหลนซึ่งเข้ารหัสโปรตีนที่ช่วยลดระดับกรดโคลานิก หนอนไม่มี โหลน พบว่ามีอายุยืนยาวกว่ามาก 

จากการศึกษาก่อนหน้านี้ hartsough และเพื่อนร่วมงานตั้งเป้าที่จะยืดอายุขัยของ ค. เอเลแกนส์ โดยให้อาหารสายพันธุ์ดัดแปลงพันธุกรรมแก่พวกมัน อี. โคไล ที่เพิ่มการหลั่งกรดโคลานิกเมื่อสัมผัสกับแสงสีเขียว

การศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อยืดอายุขัยของ C. elegans โดยการเลี้ยงเชื้อ E. coli สายพันธุ์ดัดแปลงพันธุกรรม ซึ่งจะเพิ่มการหลั่งกรดโคลานิกเมื่อสัมผัสกับแสงสีเขียว

 

นำแบคทีเรียมาสู่แสง 

นักวิจัยได้ออกแบบสายพันธุ์โดยใช้โปรตีนรีพอร์ตเตอร์เรืองแสงที่ตอบสนองต่อสีเฉพาะ อี. โคไล เพื่อเพิ่มการผลิตกรดโคลานิกเมื่อสัมผัสกับแสงสีเขียวและหยุดทำงานเมื่อสัมผัสกับแสงสีแดง หลังจากป้อนแบคทีเรียให้กับหนอนแล้ว ให้ส่องแสงสีเขียวบนแผ่นใส ค. เอเลแกนส์ เพิ่มการผลิตกรดโคลานิกและปรับปรุงชีวิตของหนอนในด้านต่างๆ อย่างมีนัยสำคัญ รวมถึงอายุขัยโดยรวมและการทำงานของไมโตคอนเดรียในลำไส้ของพวกมัน หรือที่เรียกว่าแหล่งพลังงานของเซลล์ 

เมื่อสัมผัสกับแสงสีเขียวที่ต่ำ หนอนที่มีกรดโคลานิกจะกระตุ้น อี. โคไล ความเครียดอยู่ได้ประมาณ 12 วัน เทียบกับ 11 วันเมื่อหนอนสัมผัสกับแสงสีแดง เมื่อความเข้มของแสงสีเขียวเพิ่มขึ้น อายุขัยก็ขยายออกไปประมาณ 14 วัน สิ่งนี้บ่งชี้ว่ากรดโคลานิกเพิ่มเติมที่เกิดขึ้นหลังจากการได้รับแสงสีเขียวจะส่งผลดีต่ออายุขัยในลักษณะที่ขึ้นกับขนาดยา ซึ่งหมายความว่า ยิ่งได้รับแสงสีเขียวมากเท่าไร อายุก็จะยิ่งยืนยาวขึ้นเท่านั้น หากผลลัพธ์เหล่านี้ส่งผลกระทบต่อมนุษย์ในลักษณะเดียวกัน มนุษย์จะมีอายุยืนยาวขึ้น 8 ถึง 24 ปี โดยสมมติว่าอายุเฉลี่ยของมนุษย์อยู่ที่ 79 ปี แม้ว่าเราจะไม่สามารถคาดการณ์การวิจัยนี้กับมนุษย์ได้โดยตรง และยังไม่มีการวิจัยในมนุษย์เลย — แสดงให้เห็นว่าการเพิ่มการผลิตกรดโคลานิกในลักษณะนี้อาจส่งผลให้มีอายุยืนยาวขึ้น

กรดโคลานิกยังช่วยปกป้องไมโตคอนเดรียในลำไส้จากการแตกตัวที่เกิดจากความเครียด หรือที่เรียกว่าฟิชชันของไมโตคอนเดรีย เนื่องจากไมโตคอนเดรียเป็นส่วนของเซลล์ที่มีไดนามิกสูง จึงมักหลอมรวมเข้าด้วยกันและแยกออกจากกัน แม้ว่าการกระจายตัวของไมโตคอนเดรียสามารถเป็นการตอบสนองในการป้องกัน แต่สามารถแยกและกำจัดไมโตคอนเดรียที่เสียหายได้ แต่กระบวนการที่มากเกินไปส่งผลเสียต่อการทำงานของไมโตคอนเดรียโดยรวม เนื่องจากความผิดปกติของไมโตคอนเดรียเกี่ยวข้องกับการเร่งการแก่ชรา การศึกษาในยีสต์และหนอนพบว่าการยับยั้งการกระจายตัวนี้เชื่อมโยงกับการมีอายุยืนยาวขึ้น 

หลังจากกระตุ้นให้เกิดสภาวะที่ตึงเครียด การได้รับแสงสีเขียวสามารถยับยั้งการแบ่งตัวของไมโตคอนเดรียมากเกินไปซึ่งเกิดขึ้นในลำไส้ของหนอนเหล่านี้ได้อย่างมีนัยสำคัญ นักวิจัยเชื่อว่าผลในการป้องกันเซลล์ในลำไส้มีสาเหตุมาจากการผลิตกรดโคลานิกในลำไส้มากเกินไป 

แม้ว่าการวิจัยนี้จะกล่าวถึงความชรา แต่ก็ไม่ได้จัดการกับโรคเฉพาะใดๆ ทีมงานตั้งสมมติฐานว่าวิศวกรรมแบคทีเรียในลำไส้เพื่อสร้างกรดโคลานิกมากขึ้นจะสามารถนำมาใช้รักษาโรคอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับอายุได้ในไม่ช้า นอกจากนี้ พวกเขาหวังว่าออพโตเจเนติกส์จะค้นพบวิธีอื่นๆ ที่จะส่งผลดีต่อสุขภาพของมนุษย์โดยการศึกษาสารเมตาบอไลต์ของแบคทีเรียในลำไส้ต่างๆ นั่นได้รับไฟเขียวจากเรา 


อ้างอิง: 

Han B, Sivaramakrishnan P, Lin CJ และคณะ องค์ประกอบทางพันธุกรรมของจุลินทรีย์ช่วยให้อายุยืนยาว  เซลล์- 2017;169(7):1249-1262.e13. ดอย:10.1016/j.cell.2017.05.036

Hartsough LA, Park M, Kotlajich MV และคณะ การควบคุมออปโตเจเนติกส์ของการเผาผลาญแบคทีเรียในลำไส้เพื่อส่งเสริมการมีอายุยืนยาว เอไลฟ์- 2020;9:e56849. เผยแพร่เมื่อ 16 ธันวาคม 2020 ดอย:10.7554/eLife.56849



โพสต์เก่ากว่า โพสต์ใหม่กว่า