Новости

Мы настолько привыкли к присутствию кислорода на нашей планете Земля, что воспринимаем его как должное.    Однако кислород отсутствовал в атмосфере Земли на протяжении почти половины ее жизни. Когда Земля образовалась около 4,5 миллиардов лет назад, условия на ней были совершенно иными. В то время на планете была атмосфера, состоящая из углекислого газа, метана и водяного пара, в отличие от современной атмосферы, состоящей в основном из азота и кислорода. Хотя солнечный свет расщепил водяной пар в атмосфере на кислород и водород, кислород быстро вступил в реакцию с метаном и оказался запертым в земной коре, почти не оставив следов в атмосфере. Безмолвная, таинственная сила постоянно высвобождала кислород, пока состав атмосферы не изменился. Этой таинственной силой оказались цианобактерии.    По мнению биохимика Лесли Оргела, который стал пионером исследований о происхождении жизни, самое раннее зарождение жизни на нашей планете произошло около 3,8 миллиарда лет назад. Поскольку в то время на Земле, по прогнозам, отсутствовал кислород, метаболизм живых организмов должен был быть анаэробным, предполагающим использование минералов, присутствующих в океане, для получения энергии. Однако около 2,7 миллиарда лет назад возникла особая группа микроорганизмов, известная как цианобактерии. Филогенетический анализ на основе 16S и 23s рРНК, реконструкция генома и ископаемые свидетельства были использованы для понимания эволюционных характеристик этих ранних живых организмов. Эти микробы обладали удивительной способностью к фотосинтезу и обладали механизмом использования воды в качестве источника топлива путем ее окисления. Побочным продуктом фотосинтеза был кислород.    Как могли крошечные цианобактерии стать предвестниками столь масштабных перемен? Среди всех биохимических изобретений, которые только может придумать жизнь, способность цианобактерий использовать воду в качестве топлива для производства кислорода должна считаться одной из самых гениальных. Исследователи предполагают, что уровень кислорода, выделяемого цианобактериями в морскую воду, постепенно увеличивался с течением времени, и что в течение 200-300 миллионов лет кислород производился быстрее, чем он мог вступить в реакцию с другими элементами или быть поглощенным минералами. Кислород, выделяемый цианобактериями, постоянно накапливался в обширных пространствах океана и насыщал воду кислородом. Постепенно накопленный кислород начал уходить в атмосферу, где вступил в реакцию с метаном. По мере того как все больше кислорода улетучивалось, метан в конце концов был вытеснен, и кислород стал основным компонентом атмосферы. Это событие, известное как "Великое окислительное событие", произошло примерно 2,4-2,1 миллиарда лет назад.   Великое событие окисления было эпохальным моментом в эволюционной шкале времени и имело ряд серьезных последствий не только для климата Земли (косвенно), но и для адаптации и эволюции живых организмов. Исследователи выдвинули гипотезу о влиянии великого окислительного события на климат Земли, кропотливо оценивая геохимические и изотопные сигнатуры молекул в ранней атмосфере Земли, используя масс-моделирование и проводя исследования с участием чувствительных к окислению изотопов транзитных металлов.   Эти исследования показали, что химический состав земной атмосферы резко изменился, когда уровень кислорода вырос и заменил метан (метан присутствует и сегодня, но в очень малых количествах). Кроме того, существует гипотеза, что накопление кислорода в атмосфере привело к одному из самых ранних ледниковых периодов на Земле. Метан является парниковым газом, поскольку он задерживает тепло солнечного света и нагревает планету. Когда метан был вытеснен кислородом, глобальная температура понизилась настолько, что образовались ледяные панцири, простиравшиеся от полюсов до тропиков.   Кислород также был ответственен за формирование озонового слоя в атмосфере. Ультрафиолетовое излучение солнца расщепляло молекулы кислорода (O2) на 2 атома кислорода, которые затем вступали в реакцию с другой молекулой кислорода, образуя озон (O3). Озон действует как естественный солнцезащитный фильтр, отсеивая вредное ультрафиолетовое излучение от попадания на Землю.    Поскольку 2,7 миллиарда лет назад, когда развивались цианобактерии, жизнь была полностью анаэробной, считается, что кислород стал своеобразным ядом и уничтожил большую часть анаэробной жизни. Для исследователей оказалось сложной задачей определить конкретные виды, которые исчезли, из-за отсутствия конкретных ископаемых свидетельств и трудностей в оценке потери видов. Однако условия созрели для следующего большого шага в эволюции: аэробного метаболизма.   Жизнь нашла способ выжить в ядовитой кислородной среде, используя богатый потенциал кислорода в процессе дыхания. Поскольку кислород обладает высоким окислительно-восстановительным потенциалом, он выступал в качестве идеального терминального акцептора электронов для получения энергии после расщепления питательных веществ. Вскоре кислород стал незаменим для метаболической деятельности. Организмы также выработали стратегии по детоксикации реактивных форм кислорода, образующихся в результате аэробного метаболизма. Хотя секвенирование и филогенетические анализы позволяют предположить эволюцию ферментов, детоксицирующих реактивные формы кислорода, еще до появления аэробных микробов, Великое событие насыщения кислородом послужило катализатором для направленной эволюции таких ферментов, как супероксиддисмутаза и каталаза. Организмы, которые не могли достаточно хорошо адаптироваться к кислороду, оставались в анаэробной среде.   Таким образом, выделение кислорода цианобактериями привело к изменению состава атмосферы Земли, развитию аэробного метаболизма и, в конечном счете, к эволюции многоклеточных организмов. Кислород - это основная молекула, которая делает Землю такой, какая она есть сегодня, гораздо более гостеприимной и красивой, чем ранняя Земля. И, конечно, не будет преувеличением сказать, что своим существованием в нынешнем виде мы обязаны цианобактериям.

Рак толстой кишки является четвертой ведущей причиной смерти от рака во всем мире, ежегодно в мире диагностируется более одного миллиона случаев, и это многофакторное заболевание, включающее генетические, экологические факторы риска и факторы образа жизни.     Этиология рака толстой кишки многообразна, включая диету с высоким содержанием жиров, ожирение, употребление алкоголя, хроническое воспаление желудочно-кишечного тракта и хронические запоры. Помимо диеты, пробиотики являются наиболее распространенными веществами, используемыми для поддержания здорового микробного сообщества. Микробиота кишечника приобретает все большее значение для здоровья и болезни, и все больше исследований посвящено регулированию кишечного микробиома и его взаимодействию с хозяином. 5-фторурацил (5-ФУ) и оксалиплатин являются наиболее эффективными препаратами для лечения рака толстой кишки. Однако они являются дорогостоящими и имеют ряд побочных эффектов. Наиболее распространенные побочные эффекты включают разрушение здоровых клеток и вызывание резистентности у раковых клеток. Кроме того, существуют такие побочные эффекты, как диарея и неспособность эффективно усваивать питательные вещества.    Несколько клинических исследований предоставляют убедительные доказательства в пользу пробиотиков как стратегии дополнительного лечения рака толстой кишки. Рандомизированное исследование, проведенное на 398 испытуемых, среди которых были как мужчины, так и женщины, показало, что при приеме Lactobacillus casei снижается частота появления опухолей с умеренной и высокой степенью атипии. Это позволило предположить профилактическое значение пробиотиков при колоректальном раке (Ishikawa et al., 2005). Когда испытуемые принимали комбинацию пробиотика и омега-3 жирных кислот, общее качество жизни улучшалось, а побочные эффекты химиотерапии уменьшились (Golkhalkhali et al., 2018). Хотя результаты клинических испытаний весьма обнадеживающие, количество исследований, связанных с этой областью, все еще невелико. Для создания более полных и конкретных доказательств в поддержку теории необходимо провести рандомизированное клиническое исследование с большим размером выборки, надлежащим процессом рандомизации, надлежащим анализом и проверкой.    Пробиотики определяются как "активные микроорганизмы, которые приносят пользу хозяину, когда достигают определенного количества". Доля мирового рынка пробиотиков в 2020 году составила 46,55 млрд долларов США. Lactobacillus - это группа микроорганизмов пищевого класса, которые обычно считаются безопасными в продуктах питания. Пробиотики были рекомендованы для лечения воспалений, инфекционных и неопластических заболеваний. Было установлено, что пробиотики обладают противораковым действием, способствуя образованию противораковых соединений, укрепляя иммунную систему, улучшая кишечный барьер, подавляя пролиферацию раковых клеток и вызывая апоптоз раковых клеток (Heydari et al., 2019).    Между тем, потенциальными механизмами действия пробиотиков могут быть изменение микроэкосистемы кишечника, снижение рН кишечника и изменение метаболизма опухоли [например, производство короткоцепочечных жирных кислот (SCFA), конъюгированных жирных кислот] (Chen et al., 2012). Было доказано, что симбиотическая комбинация Bifidobacterium lactis и резистентного крахмала в крысиных моделях защищает от развития рака и коррелирует с увеличением производства SCFA (Le Leu et al., 2010). Lactobacillus обладают различными пробиотическими функциями, включая холестериноснижающую активность, антиоксидантную активность, противораковую активность, иммуномодулирующую активность и ингибирование активности патогенных бактерий. Их пробиотические свойства объясняются устойчивостью к желчи и способностью встраиваться в микробиоту кишечника, что позволяет им подавлять патогенные бактерии и способствовать здоровью хозяина. Также Lactobacillus противостоят раку толстой кишки в различных формах, таких как живые и аттенуированные штаммы, компоненты штаммов и метаболиты живых штаммов. Апоптоз клеток рака толстой кишки обусловлен активацией цистеин-аспаргиновой протеазы живыми молочнокислыми бактериями (LABs), которая подавляет пролиферацию клеток рака толстой кишки, таких как Caco-2 (Thirabunyanon et al., 2009).    В нашем предыдущем исследовании было установлено, что Lactobacillus acidophilus KLDS1.0901 обладает сильной устойчивостью к желчным кислотам и желчным солям, антимикробными свойствами и высокой активностью клеточной адгезии (Du et al., 2016). Некоторые экспериментальные исследования продемонстрировали эффективность пробиотиков в профилактике и лечении рака. Shida и Nomoto обнаружили, что L. casei Shirota проявляет противораковую активность за счет иммуномодулирующего воздействия макрофагов, естественных клеток-киллеров и Т-клеток на раковые клетки (Shida и Nomoto, 2013). Baldwin и др. (2010) обнаружили, что живые L. acidophilus и L. casei могут увеличивать способность 5-ФУ вызывать апоптоз, что позволяет предположить, что эти пробиотики могут обладать активностью, вызывающей апоптоз в раковых клетках.    Предполагается также, что пробиотики могут эффективно снижать уровень канцерогенных химических веществ, вызванных окислительным повреждением ДНК in vitro и in vivo (Zhang et al., 2013). Экспериментальные исследования показали, что пероральный прием определенных пробиотиков и их метаболитов снижал риск накопления реактивных видов кислорода (ROS), а также разрушал супероксидные анионы и перекись водорода (Tsai et al., 2010). Кроме того, в апоптотических клетках изменяется мембранный потенциал митохондрий. Исследования показали, что апоптоз может регулироваться путем регулирования трансмембранного потенциала митохондрий (Hofmann et al., 2009).    Целью данного исследования являлось изучение цитотоксического эффекта L. acidophilus KLDS1.0901 и его механизма  в культурах раковых клеток HT-29 и Caco-2. Сообщалось, что L. acidophilus KLDS1.0901 обладает пробиотической активностью (антиоксидантными свойствами) и адгезией, а также ингибирует пролиферацию клеток HT-29. В то же время, способность L. acidophilus KLDS1.0901 переносить желудочно-кишечный сок может достигать более 80% (Yue et al., 2020). Однако нет никаких сведений о цитотоксичности L. acidophilus KLDS1.0901.     Мы определили влияние L. acidophilus KLDS1.0901 на связанные с апоптозом сигнальные пути в клетках HT-29, что создает теоретическую основу для разработки функциональных лактобактерий с эффектом предотвращения рака толстой кишки. Наши эксперименты in vitro заложили основу для изучения ингибирующего действия Lactobacillus на рак толстой кишки in vivo.    Результаты показали, что L. acidophilus KLDS1.0901 подавлял пролиферацию клеток HT-29 и Caco-2 дозозависимым образом и достигал максимума через 48 ч. С увеличением времени и реактивных форм кислорода в клетках HT-29, скорость апоптоза клеток HT-29 увеличивалась. Кроме того, L. acidophilus KLDS1.0901 снижал митохондриальный мембранный потенциал клеток HT-29. Эти результаты позволяют предположить, что L. acidophilus KLDS1.0901 имеет потенциал для использования в разработке нового типа функциональных продуктов питания для адъювантного лечения рака толстой кишки.