Una proteína bacteriana recién descubierta producida en el intestino del pez cebra provoca que las células beta del páncreas productoras de insulina se multipliquen durante el desarrollo larvario temprano, dicen investigadores de la Universidad de Oregon.
La investigación potencialmente tiene implicaciones para la salud humana. Las células beta son las únicas células que producen insulina, una hormona que regula el metabolismo del azúcar. La falta de producción de insulina está asociada con la diabetes tipo 1, una enfermedad autoinmune que afecta a alrededor de 1,5 millones de personas en elNOS
La investigación apareció en un artículo publicado en línea el 13 de diciembre en la revista de acceso abierto eLife .
La investigación demuestra el papel de desarrollo de las comunidades de bacterias y otros microbios, la microbiota, en los cuerpos de los animales, dijo la bióloga Karen Guillemin, coautora de la UO. Entendiendo cómo la microbiota afecta el desarrollo de las células beta,que se pierden en pacientes con diabetes tipo 1, eventualmente podría conducir a nuevos enfoques diagnósticos, preventivos y terapéuticos para esta enfermedad, dijo.
"Nos estamos dando cuenta de que el microbioma es una fuente rica para descubrir nuevas biomoléculas que tienen un enorme potencial para manipular y promover nuestra salud", dijo Guillemin, profesora del Departamento de Biología de la UO y el Instituto de Biología Molecular. Ella también esdirector del Centro META de Biología de Sistemas de la UO.
Utilizando el pez cebra libre de gérmenes como modelo, la autora principal y estudiante de doctorado Jennifer Hampton Hill exploró la posibilidad de que ciertas bacterias intestinales sean necesarias para que el páncreas se puebla con un número robusto de células beta durante el desarrollo.
Encontró que, durante la primera semana de vida, los peces libres de gérmenes no experimentaron la misma expansión de las células beta que los peces criados convencionalmente. Sin embargo, la exposición de los peces libres de gérmenes a bacterias específicas restableció la masa de células beta a la normalidadniveles. Esta restauración se convirtió en la base de su búsqueda y último descubrimiento de una nueva proteína bacteriana que por sí sola podría estimular el crecimiento de las células productoras de insulina.
"La investigación sugiere que los animales confían en las señales y señales de las comunidades microbianas que habitan en sus cuerpos y que son importantes para partes muy complejas del desarrollo", dijo Hampton Hill. "Es emocionante pensar que las bacterias podrían jugar talpapel importante en un proceso que es tan esencial para la homeostasis, para la capacidad de regular el metabolismo de la glucosa ".
"Esta es una nueva idea de que el microbioma podría ser una fuente de señales para el desarrollo del páncreas", dijo Guillemin. "Esta es la primera vez que alguien hace una conexión entre el microbioma y el desarrollo de las células beta"."
Los científicos han aumentado su comprensión de cómo los microbios asociados al huésped influyen en el desarrollo del intestino y el sistema inmunitario, pero el papel formativo de los microbios en otros órganos digestivos como el páncreas sigue siendo un área poco explorada, dijeron los investigadores.
La UO ha sido líder en la investigación del pez cebra desde la década de 1960 cuando el biólogo George Streisinger fue pionero en un nuevo método para el estudio del desarrollo y la genética de los vertebrados con la introducción del pez pequeño como organismo modelo. En los últimos 15 años, Guillemin ysus colegas han desarrollado métodos para cultivar pez cebra libre de gérmenes, lo que les permite preguntar qué sucede cuando los animales se desarrollan en ausencia de microbios.
El uso del pez cebra libre de gérmenes permitió a Hampton Hill detectar metódicamente las bacterias intestinales que podrían estimular la proliferación de células beta. Luego se centró en una bacteria de este grupo e investigó sus proteínas secretadas para la actividad de expansión de células beta. Esos esfuerzos llevaron aUna lista de 163 proteínas prospectivas.
Luego, recurrió a las secuencias del genoma de las bacterias previamente seleccionadas y preguntó cuáles de las proteínas prospectivas eran compartidas por las bacterias de expansión de células beta y ausentes de las bacterias inertes. Sus criterios arrojaron solo un candidato a proteína único que nunca había sido estudiado.Cuando hizo una versión purificada y la agregó a su pez libre de gérmenes, la población de células beta se expandió, lo que le valió a la proteína su nombre de Factor de expansión de células beta A, o BefA.
Conocer la identidad molecular de BefA permitió a los investigadores buscar su secuencia en otros genomas bacterianos. Descubrieron que estaba presente en varias bacterias comunes asociadas al intestino humano. Cuando Hampton Hill purificó dos de estas proteínas relacionadas de bacterias humanas,demostró ser igualmente potente para estimular la expansión de las células beta en el pez cebra.
"Habíamos pasado muchos años recolectando y caracterizando las bacterias intestinales del pez cebra, y fue gratificante que pudiéramos aprovechar todo este conocimiento en el descubrimiento de BefA", dijo Guillemin.
El hallazgo de que bacterias intestinales específicas producen proteínas que estimulan el desarrollo de células beta arroja nueva luz sobre los datos epidemiológicos que conectan los microbiomas infantiles de baja diversidad con un mayor riesgo de diabetes tipo 1. Puede ser, según Guillemin y Hampton Hill, que los microbiomas de baja diversidad sonmenos capaz de estimular la expansión de las células beta temprano en la vida, dejando a los niños con poco amortiguador si sus sistemas inmunes atacan.
Una implicación del estudio, dijo Guillemin, es la importancia de promover el desarrollo saludable de microbiomas en los niños, por ejemplo, promoviendo la lactancia materna y evitando el uso excesivo de antibióticos.
Se necesita investigación adicional para identificar el mecanismo por el cual las proteínas BefA afectan el desarrollo de las células beta y si las proteínas tienen el mismo efecto en otros animales, incluidos los humanos, dijo. "En última instancia, nos gustaría asociarnos con investigadores que estudian el Tipo 1diabetes para observar el desarrollo de moléculas relacionadas con BefA como posibles agentes terapéuticos ".
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Materiales proporcionados por Universidad de Oregon . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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