Das erste mal, Vayu Maini Rekdal manipulierten Mikroben, machte er ein ordentliches Sauerteigbrot. Zu der Zeit, junger Maini Rekdal, und die meisten Menschen, die den Kopf auf die Küche zu Schüren ein Salat-dressing, pop popcorn, gären, Gemüse oder Zwiebeln karamellisieren, aber nicht als die entscheidenden chemischen Reaktionen, die hinter diesen Dingen.
Noch wichtiger sind die Reaktionen, die auftreten, nachdem die Platten sind sauber. Wenn eine Scheibe Sauerteig-Reisen durch das Verdauungssystem, die Billionen von Mikroben Leben in unserem Darm dem Körper helfen, brechen das Brot, zu absorbieren die Nährstoffe. Da der menschliche Körper nicht verdauen können bestimmte Stoffe — alle-wichtige Ballaststoffe, zum Beispiel-Mikroben Schritt bis ausführen Chemie kann kein Mensch.
„Aber diese Art von mikrobiellen Stoffwechsel kann auch schädlich sein,“ sagte Maini Rekdal, ein student im Aufbaustudium im Labor von Professor Emily Balskus und ersten Autor auf Ihre neue Studie, veröffentlicht in Science. Nach Maini Rekdal, Darm-Mikroben kauen kann Medikamente auch oft mit gefährlichen Nebenwirkungen. „Vielleicht ist das Medikament nicht gehen, um das Ziel zu erreichen, in den Körper, wird es vielleicht giftig sein, plötzlich, wird es vielleicht weniger hilfreich“, Maini Rekdal sagte.
In Ihrer Studie, Balskus, Maini Rekdal, und Ihren Mitarbeitern an der University of California San Francisco, beschreiben, eine der ersten konkreten Beispiele, wie die microbiome stören können, mit einer Droge vorgesehenen Weg durch den Körper. Die Fokussierung auf levodopa (L-dopa), die primäre Behandlung für die Parkinson-Erkrankung identifiziert, die die Bakterien, die verantwortlich sind für den Abbau der Droge und wie diese zu stoppen mikrobielle Störungen.
Die Parkinson-Krankheit befällt die Nervenzellen im Gehirn, die Dopamin produzieren, ohne die kann der Körper leiden, zittern, muskelstarre, und Probleme mit dem Gleichgewicht und Koordination. L-dopa erzielt Dopamin an das Gehirn, um Symptome zu lindern. Aber nur etwa 1 bis 5% der Droge tatsächlich erreicht das Gehirn.
Diese Zahl-und der Wirksamkeit des Medikaments — variiert stark von patient zu patient. Seit der Einführung von L-dopa in den späten 1960er Jahren haben Wissenschaftler bekannt, dass die körpereigene Enzyme (Werkzeuge, notwendige Chemie) brechen kann L-dopa in Darm, verhindert, dass die Droge das Gehirn erreicht. So, die Pharma-Industrie eingeführt, ein neues Medikament carbidopa, zum blockieren unerwünschter L-dopa-Stoffwechsel. Zusammen genommen, die Behandlung schien zu wirken.
„So,“ Maini Rekdal sagte, „es gibt eine Menge von Stoffwechsel, das unerklärliche, und es ist sehr variabel zwischen den Menschen.“ Dieser Abweichung ist ein problem: Nicht nur, dass das Medikament weniger wirksam für einige Patienten, aber wenn L-dopa umgewandelt in Dopamin außerhalb des Gehirns, die Verbindung kann Nebenwirkungen verursachen, darunter schwere Magen-Darm-not und Herzrhythmusstörungen. Wenn auch weniger des Medikaments in das Gehirn gelangt, sind die Patienten oft mehr zu verwalten, Ihre Symptome, möglicherweise verschärft sich diese Nebenwirkungen.
Maini Rekdal vermuteten Mikroben sein könnten, hinter der L-dopa verschwinden. Da die bisherige Forschung gezeigt, dass Antibiotika, die Verbesserung des Patienten-Reaktion auf L-dopa, Wissenschaftler spekuliert, dass Bakterien Schuld sein. Noch, niemand identifiziert, die bakteriellen Spezies vielleicht Schuld, oder wie und warum Sie Essen das Medikament.
So, die Balskus team startete eine Untersuchung. Die ungewöhnliche Chemie — L-dopa zu Dopamin — war Ihr Erster Anhaltspunkt.
Einige bakterielle Enzyme können diese Konvertierung durchführen. Aber, eine gute Zahl, binden an Tyrosin-eine Aminosäure, die ähnlich wie L-dopa. Und eine, aus einem Lebensmittel Mikroben, die oft in Milch und Gurken (Lactobacillus brevis), akzeptieren kann sowohl Tyrosin und L-dopa.
Mit dem Human Microbiome Project als Referenz, Maini Rekdal und sein team gejagt durch bakterielle DNA zu identifizieren, die Darm-Mikroben hatte Gene Kodieren ein ähnliches Enzym. Mehrere passen Ihre Kriterien; aber nur eine Sorte, Enterococcus faecalis (E. faecalis), aßen alle L-dopa, zu jeder Zeit.
Mit dieser Entdeckung, die das team zur Verfügung gestellt, die erste starke Beweise Anschluss von E. faecalis-und das Bakterien-Enzym (PLP-abhängige Tyrosin-decarboxylase oder TyrDC) zu L-dopa-Stoffwechsel.
Und doch, ein menschliches Enzym und kann nicht konvertieren Sie L-dopa zu Dopamin im Darm, die gleiche Reaktion carbidopa ist entworfen, um zu stoppen. Warum dann das team gefragt, hat die E. faecalis-Enzym Flucht carbidopa erreichen?
Obwohl die menschlichen und bakteriellen Enzymen durchführen, die genau die gleiche Chemische Reaktion, die Bakterien-man sieht nur ein wenig anders. Maini Rekdal spekuliert, dass carbidopa möglicherweise nicht in der Lage, das eindringen in den mikrobiellen Zellen oder die geringe strukturelle Varianz konnte verhindern, dass die Droge aus der Interaktion mit dem bakteriellen Enzym. Wenn das stimmt, andere host-gezielte Behandlungen kann genauso wirkungslos wie carbidopa gegen ähnliche mikrobielle Machenschaften.
Aber die Ursache kommt es nicht an. Balskus und Ihr team bereits entdeckt ein Molekül, das in der Lage, die Hemmung der bakteriellen Enzym.
„Das Molekül schaltet diese unerwünschten bakteriellen Stoffwechsel, ohne zu töten die Bakterien; es ist nur auf einer nicht-essentiellen Enzyms“, Maini Rekdal sagte. Diese und ähnliche verbindungen könnten einen Ausgangspunkt für die Entwicklung neuer Medikamente zur Verbesserung der L-dopa-Therapie bei Parkinson-Patienten.
Das team gestoppt haben könnte es. Aber stattdessen drängten Sie weiter zu entwirren, ein zweiter Schritt in der mikrobiellen Metabolismus von L-dopa. Nach E. faecalis wandelt das Medikament in Dopamin, ein zweiter Organismus wandelt Dopamin in einer anderen Verbindung, meta-Tyramin.
Zu finden ist dieser zweite Organismus, Maini Rekdal hinter sich gelassen, seine Mutter Teig der mikrobiellen Massen zu Experimentieren mit eine fäkale Probe. Er ausgesetzt, seine vielfältigen mikrobiellen Gemeinschaft zu einer Darwin ‚ schen Spiel, Fütterung Dopamin aus, um Horden von Mikroben, um zu sehen, die prächtig gediehen.
Eggerthella lenta gewonnen. Diese Bakterien verbrauchen Dopamin, Herstellung von meta-Tyramin als Nebenprodukt. Diese Art der Reaktion ist anspruchsvoll, selbst für die Chemiker. „Es gibt keinen Weg, es zu tun auf der Bank oben“, Maini Rekdal sagte, „und bisher keine Enzyme bekannt waren, Tat dies exakt die Reaktion.“
Die meta-Tyramin durch-Produkt kann dazu beitragen, einige der schädlichen L-dopa-Nebenwirkungen; mehr Forschung getan werden muss. Aber abgesehen von den Folgen für die Parkinson-Patienten E. lenta Roman Chemie wirft mehr Fragen: Warum würden die Bakterien passen zu benutzen Dopamin, das ist in der Regel verbunden mit dem Gehirn? Was kann den Darm Mikroben zu tun? Und nicht diese Chemie Auswirkungen auf unsere Gesundheit?
„All dies deutet darauf hin, dass Darm Mikroben, die dazu beitragen kann, den dramatischen Variabilität, die beobachtet wird, in der Nebenwirkungen und Wirksamkeit zwischen verschiedenen Patienten, die Einnahme von L-dopa,“ Balskus sagte.
Aber das mikrobielle Störungen möglicherweise nicht beschränkt auf L-dopa und der Parkinson-Krankheit. Ihre Studie könnten shepherd zusätzliche Arbeit, um zu entdecken, wer genau ist in unserem Darm, was Sie tun können, und wie Sie Auswirkungen auf unsere Gesundheit, zum besseren oder schlechteren.