Wolfram kan dæmpe colitis

Ved hjælp af grundstoffet wolfram er det lykkedes forskere at reducere den eksplosive aktivitet af visse mavetarm-bakterier, der får eksempelvis colitis til at flamme op.

Forskerne fra University of Texas Southwestern Medical Center er lykkedes med at målrette metaboliske veje, der kun er aktive under tarmbetændelse, og har dermed forhindret eller reduceret inflammationen hos mus med colitis, uden at skade kontrolmus med sunde, afbalancerede bakteriepopulationer.

"Vores resultater giver en konceptuel ramme for præcis at ændre de bakterier, der forer tarmkanalen, for at reducere inflammation forbundet med ukontrolleret proliferation af bakterier set i colitis og andre former for inflammatorisk tarmsygdom," siger dr. Sebastian Winter, der er adjunkt i mikrobiologi og medforfatter på undersøgelsen, som netop er offentliggjort online i Nature.

"Vi understreger, at dette er et proof of concept-studie, hvor en form for wolfram, der er et tungmetal, som er farligt i høje doser, blev brugt. Det er aldrig sikkert at indtage tungmetaller. Nu hvor vi har et mål [den bakterielle vej], er vores mål at finde en sikker behandling, der har en lignende virkning," tilføjer dr. Winter.

Ligesom planter i en have er de forskelligartede populationer af mikrober, der normalt forer tarmkanalen, kaldet microbiotaen, afgørende for menneskers sundhed. De hjælper med fordøjelsen, forbedrer immunsystemet og afværger infektioner. Men når de mikrobielle populationer kommer ud af balance, bliver disse ellers gunstige bakterier en risiko - som invasive planter, der fortrænger konkurrerende arter.

Ændringer i sammensætningen af ​​tarmens microbiota ses i forbindelse med mange sygdomme som IBD, type 2-diabetes, tyktarmskræft, hiv-relateret tarmsygdom og den nekrotiserende enterocolitis, der ses hos visse premature spædbørn, forklarer dr. Winter.

Nogle af bakterierne i tarmmikrobiotaen, der er forbundet med inflammatoriske sygdomme, tilhører familien Enterobacteriaceae. Medlemmer af denne familie, herunder E. coli (Escherichia coli), er til stede i små mængder i den sunde tarm og beskytter mod infektion med patogener som Salmonella.

Imidlertid vokser Enterobacteriaceae-arter ukontrollabelt hos IBD-patienter og hos mus med colitis, siger dr. Wenhan Zhu, der er medforfatter på studiet og postdoktoral forsker i Winters laboratorium.

I deres forrige undersøgelse, der blev offentliggjort i Cell Host & Microbe, viste de, at måden medlemmer af familien Enterobacteriaceae genererer cellulær energi til vækst og optager næringsstoffer, er forskellig fra andre bakterier. De ser ud til at bruge unikke metaboliske tricks til at trigge deres overvækst og til at skubbe konkurrerende gavnlige tarmbakterier ud under sygdom.

"Disse veje er unikke i den forstand, at de kun er til stede i visse bakterier og kun fungerer under tarmbetændelse. Denne situation gav mulighed for en rationel udformning af forebyggelses- og behandlingsstrategier for tilstande relateret til tarmbetændelse," siger dr. Winter.

Denne observation førte til den nuværende undersøgelse i naturen, som brugte tungmetallet wolfram til at hæmme patogenets metaboliske tricks.

"Den overordnede idé er, at wolfram blev smidt ind som en skiftenøgle i den måde, Enterobacteriaceae producerer energi, sænker væksten af ​​de patogene bakterier når betændelsen opflammer," siger dr. Zhu.

Forskerne fandt, at wolfram bliver optaget af bakterier og uforvarende indarbejdes i en vigtig cofaktor. Den resulterende forgiftede cofaktor fungerer ikke korrekt og afsporer Enterobacteriaceae's evne til at generere energi i den betændte tarm.

Hos mus forhindrede wolframat, der er et opløseligt wolframsalt, i drikkevandet selektivt overaktiveringen ​​Enterobacteriaceae i tarmen. Nærliggende gavnlige bakterier var upåvirket, tilsyneladende fordi deres energigenererende stofskifte ikke er afhængig af den pågældende cofaktor.

"Det er værd at bemærke, at vores strategi kun hæmmer overaktiviteten af ​​Enterobacteriaceae under tarmbetændelsen uden at de forsvinder helt. Det er vigtigt, fordi Enterobacteriaceae også opfylder rollen som modstand mod kolonisering ved bakterielle patogener i de korrekte forhold," siger dr. Winter.

"Derfor er styring af aktiviteten af disse bakterier under episoder af inflammation at foretrække frem for helt at fjerne dem fra systemet."

Selvom eksperimentelle beviser er knappe har det længe været overvejet om ændringer i sammensætningen af tarmens mikrobiota kan forværre sygdommen.

"Vi er stadig langt fra at gøre denne grundlæggende opdagelse til en behandling hos patienter," siger dr. Winter. Eksponering for wolfram - et tungmetal - kan potentielt have alvorlige negative virkninger - både neurologiske og reproduktive.

Traditionelle behandlinger fokuserer den menneskelige vært. Men disse seneste resultater giver håb om, at det i princippet kan være muligt at udnytte normale tarmbakterier for at opnå et positivt resultat for værten, for eksempel ved omhyggeligt at styre funktionen og sammensætningen af ​​mikrobiotaen under tarmbetændelse, mener dr. Winter.