Почти десять лет назад аспирантка Калифорнийского университета Дженнифер Хэмптон Хилл сделала случайную находку — белок, вырабатываемый кишечными бактериями, который запускал репликацию клеток, продуцирующих инсулин. Этот белок был важным ключом к биологической основе диабета 1 типа, аутоиммунного заболевания, при котором поджелудочная железа не может вырабатывать инсулин.
Хилл продолжила исследования этого белка, называемого BefA, в качестве постдока в Университете Юты. И лаборатория Карен Гиллемин тоже продолжает изучать BefA. Вместе с другими коллегами они теперь получили новое представление о том, что делает BefA и почему его производят бактерии.
Эти открытия имеют «важные, глубокие последствия», сказала Гиллемин. «Если мы поймем, как работает BefA, это может дать нам способ терапевтически стимулировать выработку бета-клеток». Это может когда-нибудь привести к лечению диабета 1 типа, которым страдают миллионы людей во всем мире.
Организм нуждается в инсулине для регулирования уровня сахара в крови, но инсулин вырабатывается только определенным типом клеток поджелудочной железы, называемых бета-клетками. И в раннем детском развитии существует узкий промежуток времени, когда бета-клетки размножаются и расширяют свою популяцию. У людей с диабетом 1 типа иммунная система атакует бета-клетки и истощает их популяцию, ограничивая выработку инсулина.
Стимуляция иммунного развития микробиомом помогает правильно расставить приоритеты для иммунной системы и предотвращает аутоиммунитет. Работа команды Гиллемин предполагает дополнительную роль микробиома: он стимулирует рост популяции бета-клеток на ранних стадиях развития, защищая от последующего истощения в результате аутоиммунной атаки.
Рост популяции бета-клеток «происходит одновременно с диверсификацией микробных сообществ в кишечнике», — сказала Хилл. «Отличительной чертой диабета является то, что дети, у которых он развивается, как правило, имеют менее разнообразный кишечный микробиом. Возможно, им не хватает некоторых бактерий, которые производят BefA».
В своей последней статье Хилл, Гиллемин и их коллеги более подробно рассматривают BefA. Они получили подробные изображения структуры BefA, чтобы идентифицировать ее части, которые взаимодействуют с клеточными мембранами. Затем, проведя серию экспериментов на рыбках Данио, мышах и культивируемых клетках, исследователи набросали картину функции BefA.
Они показали, что BefA может разрушать мембраны многих видов клеток, как бактериальных, так и животных. Вполне логично, что кишечные бактерии будут атаковать конкурирующие бактерии. Но неожиданно они также обнаружили, что атаки BefA на мембраны клеток, продуцирующих инсулин, заставляют эти клетки размножаться.
Это открытие предполагает, что бактериальная война в кишечнике может оказывать сопутствующее благотворное воздействие на организм, увеличивая популяцию клеток, способных вырабатывать инсулин на протяжении всей жизни. Команда также протестировала мутировавшую версию BefA, которая была модифицирована таким образом, чтобы она не могла воздействовать на клеточные мембраны. Эта версия белка не влияла на выработку бета-клеток, что еще больше указывает на то, что повреждение мембран является движущей силой действия BefA.
«В биологии развития есть и другие примеры, когда прокалывание отверстий в мембранах имеет решающее значение для стимулирования развития», — сказала Хилл, но исследователи пока точно не знают, как повреждение запускает репликацию клеток.
И они не знают, почему BefA, который на самом деле может изменять мембраны многих видов клеток, так специфически нацелен на бета-клетки. «Мы думаем, что в бета-клетках есть что-то особенное, что они могут быть очень чувствительны к сигналам, вызывающим проницаемость мембран», — сказала Хилл. «Это единственный тип клеток во всем организме, который может выделять инсулин — они очень важны».
