Metabolik sendromu hafifleten mikrobiyal bir protein
Yakın tarihli bir araştırma, Akkermansia muciniphila’nın pastörizasyonunun, bakterinin diyetle indüklenen obeziteye sahip farelerde yağ kütlesini ve metabolik sendromu azaltma yeteneğini geliştirdiğini ve A. muciniphila’nın termostabil bir dış zar proteini olan Amuc_1100*’ün bu faydalı etkileri yeniden üretebileceğini göstermektedir.
Akkermansia muciniphila, insan ve kemirgenlerin bağırsaklarında kolonize olabilen, gram negatif, zorunlu anaerob ve müsin parçalayıcı bir bakteridir. Akkermansia türleri, hayvanlar aleminin genelinde1 bağırsak mikrobiyotasında korunmuş olmasına rağmen, A. muciniphila, insan ve farelerin bağırsaklarında tanımlanan Verrucomicrobia filumunun tek üyesini temsil eder. Ayrıca A. muciniphila, konakçının hücrelerine yakın dış mukus tabakasında gelişmekte ve bir enerji kaynağı olarak tercihen konakçı-kaynaklı müsine dayandığı gösterilmiştir2. A. muciniphila bağırsak mikrobiyotasında oldukça bol miktarda bulunur (ekolojik avantajın bir sonucu olarak olasılık) ve tüm bağırsak bakterilerinin %1-5’ini temsil eder3. Akkermansia ve konakçıları arasında böylesine başarılı bir birlikte-evrim, bağırsak işlevi ve fizyolojisine ev sahipliği yapmak için bu cinsin bir ilişkisini açıkça göstermektedir. Otizmli çocukların4, inflamatuar bağırsak hastalığına sahip (IBD) hastaların ve obezitesi olan bireylerin dışkılarında sağlıklı bireylerin5 dışkılarına kıyasla daha düşük A. muciniphila bolluğu bulunmuştur. Ayrıca farelerde yapılan çalışmalar, obeziteli farelere kıyasla zayıf hayvanların dışkı mikrobiyotasında A. muciniphila bolluğunun arttığını göstermektedir6. A. muciniphila’nın yüksek yağlı diyetle (HFD) beslenen farelere oral yoldan verilmesi, HFD kaynaklı obeziteyi6 tersine çevirmekte, metabolik endotoksemiyi köreltmekte, yani dolaşımdaki proinflamatuar bakteriyel lipopolisakkaritleri (LPS’ler) azaltmakta ve insülin direncini6,7 ve kardiyometabolik komplikasyonları8 hafifletmektedir. Nature Medicine’de yapılan bir çalışmada Plovier ve arkadaşları9 ; A. muciniphila’nın pastörizasyonunun HFD ile beslenen farelere uygulandığında obezite ve insülin direnci üzerindeki faydalı etkisini arttırdığını ve A. muciniphila’nın termostabil bir dış zar proteini olan Amuc_1100*, bu etkilerin çoğunu yinelediğini göstermişlerdir.
Plovier ve arkadaşları9 ilk olarak, hem mukus bazlı bir ortamda hem de sentetik bir ortamda geliştirilen A. muciniphila’nın, HFD ile beslenen farelere uygulandığında yağ kütlesi birikimini azaltabildiğini ve glikoz toleransını iyileştirebildiğini göstermişlerdir. Bakterileri sentetik bir ortamda büyütme yeteneği önemlidir çünkü hayvanlardan müsin ekstraksiyonuna ihtiyaç duymadan büyük ölçekli A. muciniphila üretimine olanak sağlar. Ayrıca yazarlar, pastörize A. muciniphila olarak adlandırdıkları 70 °C’de 30 dakika boyunca ısıtılan A. muciniphila uygulamasının, mukus bazlı veya sentetik bir ortamda kültürlenen canlı A. muciniphila’ya göre HFD kaynaklı obezite, glukoz toleransı ve insülin direnci üzerinde daha belirgin etkiler gösterdiğini keşfetmişlerdir. Ayrıca canlı A. muciniphila’nın aksine, pastörize bakteri uygulaması adiposit çapını azaltmış, (mukus üretiminden sorumlu olan) bağırsak goblet hücrelerinin sayısını arttırmış ve konakçının diyetten enerji toplama kapasitesini azaltmıştır.
Daha önceki bir yayında aynı yazarlar, ısıyla öldürülen (yani otoklavlanmış) A. muciniphila’nın HFD ile beslenen farelere uygulanmasının canlı A. muciniphila uygulamasının6 yararlı etkilerini yineleyememiştir, bu da canlı A. muciniphila kullanımının gerekli olduğunu düşündürmüştür. Ancak replikatif olmayan pastörize A. muciniphila’nın obezite ve bununla ilişkili komorbiditelere karşı canlı A. muciniphila’dan daha etkili olduğu bulgusu yazarları, A. muciniphila’nın faydalarının konakçıya ulaştırılmasında rol alan pastörizasyona dirençli bir bakteri proteininden şüphelenmeye yöneltmiştir. Yazarlar, genomik ve proteomik yaklaşımları10 uygulayarak, spesifik bir Tip IV pili gen kümesi tarafından kodlanan proteinlerin özellikle A. muciniphila’nın dış zarında bol miktarda olduğunu bulmuşlardır. Ayrıca, A. muciniphila’nın dış zarında en bol bulunan proteinlerden biri olan rekombinant Amuc_1100*’ün, bu bakterinin toll benzeri reseptör 2 (TLR2) aktivasyonu üzerindeki etkisini in vitro olarak yineleyebileceğini bulmuşlardır. Amuc_1100* 70 °C’de termostabildir, bu da pastörize A. muciniphila’nın etkisine aracılık edebileceğini gösterir. Önemli olarak, Amuc_1100’ün in vivo uygulanması HFD ile beslenen farelerde yağ kütlesi kazancı, plazma-trigliserit seviyesi, glukoz toleransı, insülin direnci ve metabolik endotoksemi (yani dolaşıma LPS sızıntısını arttırdı) üzerine pastörize A. muciniphila’nın yararlı etkilerini yeniden oluşturmuştur, bu da A. muciniphila’nın bağırsak bariyeri bütünlüğü ve metabolik sendrom üzerindeki etkilerine TLR2 aktivasyonu yoluyla Amuc_1100*’un aracılık ettiğini düşündürmektedir (Şekil 1).
Şekil 1 Pastörize Akkermansia muciniphila ve onun dış zar proteini Amuc_1100*, diyet kaynaklı obeziteye sahip farelerde bağırsak bariyeri bütünlüğünü ve metabolik sendromu iyileştirmektedir. Solda obezite, sağlıklı farelere kıyasla bağırsak mikrobiyotasında daha düşük A. muciniphila bolluğu ile ilişkilidir. Bu, bakteriyel lipopolisakkaritlerin (LPS’ler) dolaşıma (yani metabolik endotoksemi) sızmasını destekleyen bağırsak bariyerinin bozulmasıyla birlikte bağırsak mikrobiyotasında bir disbiyotik durumu teşvik eder. Ayrıca bu fareler sağlıklı farelere kıyaslandığında kas ve karaciğerde artan viseral yağlanma ve bozulmuş insülin duyarlılığına sahiptir. Sağda, Plovier ve arkadaşları9; pastörize edilmiş A. muciniphila’nın veya onun dış zar proteini Amuc_1100*’ün uygulanmasının fare bağırsağında villus ve kriptaların apikal sınırında lokalize olan toll benzeri reseptör 2’yi (TLR2) aktive ettiğini göstermişlerdir. Pastörize A. muciniphila veya Amuc_1100* uygulaması, potansiyel olarak TLR2 yoluyla sinyalleşmenin bir sonucu olarak (soru işaretiyle belirtildiği gibi) sıkı bağlantı proteinleri claudin 3 ve okludin’i kodlayan genlerin ekspresyonunu arttırmıştır. Hem pastörize A. muciniphila hem de Amuc_1100*, HFD ile beslenen farelerde metabolik endotoksemiyi hafifletmiş, bu da glikoz ve lipid metabolizmasını belirgin şekilde iyileştirmiş ve yağ kütlesini azaltmıştır.
Yazarlar daha sonra A. muciniphila ve Amuc_1100’ün bağırsak bariyer fonksiyonu üzerindeki etkilerini araştırmışlardır. HFD kaynaklı obeziteye sahip farelere pastörize edilmiş A. muciniphila veya Amuc_1100*’ün uygulanması, sentetik ortamda yetiştirilen canlı A. muciniphila ile aynı ölçüde LPS sızıntısını azaltmıştır. Ayrıca, hem pastörize A. muciniphila hem de Amuc_1100* uygulaması, jejunal ve ileal sıkı bağlantı proteinlerini kodlayan genlerin ekspresyonunu arttırmış; bu durum pastörize A. muciniphila ve Amuc_1100*’ün bağırsak bariyerini güçlendirerek metabolik endotoksemiyi hafiflettiğini düşündürmektedir. Daha önce endokannabinoid sistemi entegre eden açilgliserollerin, canlı A. muciniphila ile tedavi edilen HFD ile beslenen farelerin bağırsaklarında arttığı gösterilmiştir; bu bulgu obeziteye sahip tedavi edilmemiş farelere kıyasla artmış mukus tabakası kalınlığı ve gelişmiş bağırsak bariyeri6 ile ilişkilidir. Aynı çalışmada, yazarlar ayrıca kolon6‘da antimikrobiyal peptit Reg3g’yi kodlayan genin ekspresyonunun arttığını bildirmişlerdir. Burada Plovier vd.9 pastörize edilmiş A. muciniphila ve Amuc_1100*’ün endokannabinoid sistemi ve bağırsaktaki antimikrobiyal peptitlerin profilini farklı şekilde etkilediğini bulmuşlardır. Bu veriler, Amuc_1100* ve pastörize edilmiş A. muciniphila’nın farklı mekanizmalar yoluyla bağırsak bariyeri işlevini iyileştirdiğini ve bunun gelecekteki çalışmalarda daha ayrıntılı olarak tanımlanmasının önemli olduğunu göstermektedir. Ayrıca bu bulgular Amuc_1100*’den başka pastörizasyona dirençli dış zar proteinlerinin, A. muciniphila ve konakçı arasındaki faydalı etkileşimde rol oynayabileceğini ve bununda akabinde bağırsak fonksiyonunun ve metabolik sağlığın iyileşmesine yol açabileceğini düşündürmektedir. Ayrıca Amuc_1100* uygulamasının; pastörize A. muciniphila’nın konakçının diyetten enerji hasat etme kapasitesi üzerindeki, bağırsakta goblet hücrelerinin bolluğu üzerindeki veya mukus tabakası kalınlığı üzerindeki6 etkilerini yineleyip yinelemeyeceği araştırılmaya devam edilmektedir.
Şimdiye kadar, A. muciniphila’nın metabolik hastalıklar için bir probiyotik olarak kullanımını engelleyen iki bariz sınırlama, üretimi için hayvan kaynaklı müsin kullanma ihtiyacı ve oksijene karşı aşırı duyarlılığıydı. Bu büyük engeller, sentetik bir ortam kullanılarak A. muciniphila’nın büyük ölçekli üretim olasılığı ve A. muciniphila’nın pastörizasyonunun obezite ve insülin direncine karşı yararlı özelliklerini geliştirmesi gerçeğiyle artık aşılmıştır. Ayrıca yazarlar aşırı kilolu insanların ya sentetik bir ortamda yetiştirilen canlı A. muciniphila ya da pastörize edilmiş A. muciniphila ile 2 hafta boyunca tedavisinin güvenli ve iyi tolere edildiğini göstermişler bu da bizi insan obezitesi ve metabolik sendromun potansiyel tedavisi için A. muciniphila’yı veya bu bakteriden türetilen bir proteini kullanmaya daha da yaklaştırıyor. İnsanlarda kilo alımını azaltmak ve metabolik sendromu hafifletmek için bir yöntem olarak A. muciniphila’nın klinik etkinliğini doğrulamak için daha uzun süreli çalışmalar yapılıyor olsa da, mevcut çalışma bozulmuş bağırsak bariyeri bütünlüğü ile bağlantılı çoklu inflamatuar hastalıklara karşı probiyotik aktivitelerini arttırmak için diğer bakteri suşlarının potansiyel pastörizasyonu için kapıyı açmaktadır. Sonuç olarak, A. muciniphila’nın faydalı etkilerini yeniden üretebilen Amuc_1100* gibi bakteriyel proteinleri izole etmek için rapor edilen strateji; obezite ve diğer kronik inflamatuar durumlarla savaşmak için daha fazla mikrobiyal protein tanımlamak için diğer faydalı bağırsak bakterilerini çıkararak daha fazla yararlanılmalıdır.
