Zeitschrift für mikrobielle und biochemische Technologie

Abstrakt

Von Lactobacillus fermentum NCIMB 5221 produzierte Ferulasäure reduziert die Symptome des Metabolischen Syndroms bei Drosophila melanogaster

Susan Westfall, Nikita Lomis, Surya Pratap Singh und Satya Prakash

Abstrakt

Die Darmmikrobiota ist eine komplexe Gemeinschaft aus Tausenden von Bakterienarten, die im Magen-Darm-Trakt leben und für die Vitaminsynthese, die Mineralstoffaufnahme, die Verdauung ansonsten unverdaulicher Ballaststoffe und die Energiegewinnung aus der Nahrung von entscheidender Bedeutung sind. Vor kurzem wurde die Gesundheit der Gemeinschaftsarchitektur der Darmmikrobiota mit energieregulierenden Erkrankungen in Verbindung gebracht, darunter das Metabolische Syndrom: eine Reihe von Symptomen, darunter Hyperglykämie, Hypercholesterinämie, Bluthochdruck, erhöhte Bauchfett- und Triglyceridwerte. Der Kommunikationsmechanismus zwischen der Darmmikrobiota und dem Energiestoffwechsel des Wirts ist jedoch noch immer nicht geklärt. Die aktuelle Studie zeigt, dass Ferulasäure (FA), die durch die intrinsische Ferulasäureesteraseaktivität des probiotischen Bakteriums Lactobacillus fermentum NCIMB 5221 (Lf5221) produziert wird, die phänotypischen Marker von ernährungsbedingtem Diabetes und Fettleibigkeit bei Drosophila melanogaster dosisabhängig retten kann . Bei Drosophila, die entweder einer zucker- oder fettreichen Ernährung ausgesetzt waren, konnte durch lebendes Lf5221 in einer Konzentration von 2,5 oder 7,5 × 109 KBE/ml Medium das Gesamtkörpergewicht sowie die Glukose-, Trehalose- und Triglyceridwerte effektiv gerettet werden. Alle oben genannten Effekte gingen bei hitzeinaktivierten Bakterien verloren, was darauf hindeutet, dass ein Stoffwechselprodukt dafür verantwortlich ist. Ebenso zeigte FA in einer Konzentration von 0,5 mM in den metabolisch beeinträchtigten Drosophila-Modellen ähnliche Effekte auf die physiologischen Marker und reduzierte gleichzeitig die Hyperglykämie in der zirkulierenden Hämolymphe. Auf Signalebene führte die zuckerreiche Ernährung erwartungsgemäß zu einer erhöhten Expression der insulinähnlichen Peptide 2, 3 und 5 von Drosophila und in der fettreichen Ernährung zu einer erhöhten Expression von Fettsäuresynthase, Acetyl-CoA-Carboxylase und Phosphoenolpyruvat-Carboxykinase. Bei beiden Diäten retteten Lf5221 und FA die Genexpression in unterschiedlichen Konzentrationen auf das Niveau der Kontrollen. Bei der Untersuchung der mechanistischen Genexpression retteten sowohl Lf5221 als auch FA die Expression von dFOXO und dTOR, aber nicht von dAkt, was darauf hindeutet, dass die von Lf5221 produzierte FA auf eines der nachgeschalteten Signalmoleküle des Insulinrezeptors einwirkt, möglicherweise dTOR: ein allgemeiner Energieregulator bei Fliegen und Menschen gleichermaßen. Die vorliegende Studie beschreibt zum ersten Mal einen rationalisierten Mechanismus, wie die Darmmikrobiota mit dem energieregulierenden Stoffwechsel des Wirts kommuniziert. Eine angemessene Ergänzung mit Ferulasäureesterase-aktiven Probiotika wie Lf5221 könnte möglicherweise Symptome des metabolischen Syndroms und anderer energieregulierender Erkrankungen wie Diabetes, Fettleibigkeit und Neurodegeneration verhindern oder lindern.