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Forscher erhalten Zuschuss zur Untersuchung von Darm-Mikrobiom-Arsen-Wechselwirkungen

Zwei Forscher der Montana State University aus verschiedenen Disziplinen haben sich zusammengetan, um das Problem der Arsenvergiftung anzugehen, von der nach Schätzungen der Weltgesundheitsorganisation weltweit mehr als 100 Millionen Menschen betroffen sind, hauptsächlich durch verschmutztes Trinkwasser.

"Gerade hier in den USA sind etwa 350.000 Menschen Arsen in Mengen ausgesetzt, die über den Sicherheitsstandards für das Trinken liegen. Arsen ist ein Toxin, das das Risiko für bestimmte Krebsarten erhöhen oder erhöhen kann", sagte Seth Walk, Assistant Professor in New York die Abteilung für Mikrobiologie und Immunologie des MSU College of Agriculture und des College of Letters and Science.

Walk leitet die fünfjährige Studie mit Tim McDermott, Professor am Department of Land Resources and Environmental Sciences der MSU, um die Rolle des menschlichen Darmmikrobioms bei der Entgiftung von Arsen nach dessen Aufnahme zu bestimmen. Die Finanzierung des Projekts erfolgt mit 1, 643 Millionen US-Dollar aus Mitteln des National Cancer Institute und des National Institute of General Medical Sciences im Rahmen des IDeA-Programms (Institutional Development Award).

"Wir sind der Meinung, dass wir das Krebsrisiko senken können, indem wir verstehen, wie im Magen-Darm-Trakt lebende Mikroorganismen Arsen verstoffwechseln", sagte Walk und fügte hinzu, dass die Studie seine Expertise im Bereich des menschlichen Darmmikrobioms und McDermotts Expertise im Mikrobenbereich nutzen wird -Arsen-Wechselwirkungen in der Umwelt.

In den letzten Jahrzehnten konzentrierte sich McDermotts Arbeit darauf, Arsen in der Umwelt zu beseitigen und zu verstehen, wie eine Mikrobe Arsen wahrnimmt und darauf reagiert. Er freue sich darauf, das durch seine Arbeit und die Arbeit seiner Kollegen auf der ganzen Welt gewonnene Wissen zu nutzen, um die menschliche Gesundheit zu beeinflussen.

"Es ist erfreulich, von Umgebungen wie heißen Quellen in Yellowstone oder arsenverseuchten Böden oder Brunnenwasser in die biomedizinische Arena übergehen zu können", sagte McDermott.

Arsen ist ein natürlich vorkommendes Toxin, das im Laufe der Zeit freigesetzt wird, wenn Steine ​​erodieren. Seit mehr als 20 Jahren steht es auf der Liste der gefährlichsten Toxine, denen Menschen ausgesetzt sind, an erster Stelle. Daten des US Geological Survey deuten darauf hin, dass es in jedem Bundesstaat "Hot Spots" von Arsen gibt, von denen einige bekannt und andere noch nicht bekannt sind.

"Wenn Sie aus einer öffentlichen Wasserquelle trinken, sind diese Quellen reguliert", sagte Walk. "Aber wenn du aus einem privaten Brunnen trinkst, werden die meisten Menschen einmal und dann vielleicht nie wieder auf Herz und Nieren geprüft, es sei denn, es gibt einen Grund dafür. Deshalb ist es wichtig, das Bewusstsein dafür zu schärfen."

Laut Walk gibt es im westlichen Teil von Gallatin County ein erhebliches Problem mit der Arsenexposition, das auf natürliche Ursachen wie thermische Aktivität und die inhärente Geologie des Gebiets zurückzuführen ist, und nicht auf vom Menschen verursachte Ursachen wie Bergbau.

Aber, fügte McDermott hinzu, ob Arsen natürlich ist oder aus anthropogenen Quellen stammt, es ist immer noch giftig.

"Sobald Arsen in der Umwelt vorhanden ist, wird es von Mikroorganismen recycelt und in den Boden, das Pflanzenmaterial und andere Stoffe eingebaut", sagte Walk. "Es geht nie wirklich weg, also ist es ein Problem, das nicht verschwinden wird."

Jüngste Studien in Walks Labor haben gezeigt, dass Arsen nach Einnahme durch das Mikrobiom im Darm metabolisiert werden kann und dass der Stoffwechsel den Wirt schützt, indem die Mikroorganismen "ihre Sache machen", sagte Walk.

"Mit diesem Zuschuss wollen wir definieren, was diese Mechanismen sind, welche Metabolismen gut sind und ob wir sie stärker machen können", sagte er. "Wir werden Hypothesen testen, ob der Wirt und die Wirtsgene wichtig sind und ob bestimmte Mikroorganismen, aus denen das menschliche Mikrobiom besteht, wichtig sind. Dann können wir diese Mikroben genauer untersuchen und bestimmen, welche Gene sie tragen. "

Walk sagte, dass die Forscher aufgrund von McDermotts früheren Arbeiten und derjenigen anderer auf dem Gebiet der Umweltmikrobiologie bereits eine Vorstellung davon haben, nach welchen Genen sie suchen sollten, und dass sie einen mehrstufigen Ansatz verwenden werden, der sowohl auf dem Wirt als auch auf den Mikroorganismen basiert, um zu sehen, wie Jeder metabolisiert Arsen.

"Mikroben können ein hochgiftiges Molekül in ein weniger giftiges Molekül umwandeln, und das wollen wir im Darm tun", sagte Walk. "Wir wollen herausfinden, welche Mikroben diesen Stoffwechsel betreiben und wie wir sie dazu bringen können, das Arsen entweder auszuscheiden und aus dem Magen-Darm-Trakt zu entfernen, bevor es von den Wirtszellen aufgenommen wird, oder es in weniger giftige Substanzen umzuwandeln."

Dieses neueste Projekt ist aus vorläufigen Daten hervorgegangen, die McDermott und Walk im Rahmen eines zweijährigen Sondierungsstipendiums des National Institute of Environmental Health Sciences (NIEHS) gesammelt haben. Ihr Team, darunter Michael Coryell, Walks Doktorand in der Abteilung für Mikrobiologie und Immunologie der MSU, hat mit diesem Stipendium erhebliche Fortschritte erzielt und wird seine Ergebnisse in Kürze veröffentlichen.

"Sie (NIEHS) erkennen die Bedeutung der Forschung und sind sehr an der Mikrobiomforschung interessiert", sagte McDermott. "In angesehenen Fachzeitschriften werden zahlreiche hochkarätige Veröffentlichungen veröffentlicht, die veranschaulichen, wie stark das Darmmikrobiom die Gesundheit und das Wohlbefinden des Gastgebers beeinflusst."

Walk und McDermott arbeiten auch mit anderen MSU-Forschern zusammen, die sich mit Metabolismus und Toxizität auskennen. Dazu gehören Brian Bother, Professor und Direktor der MSU Mass Spectrometry Facility; Valerie Copié, Professorin und Direktorin des Kernspinresonanzzentrums der MSU; Debra Keil, außerordentliche Professorin für Mikrobiologie und Immunologie; und Ed Schmidt, Professor für Mikrobiologie und Immunologie.

"Das war eine großartige Partnerschaft", sagte Walk. "Als ich hier eingestellt wurde, galt der Ruf nach Systembiologie. Dazu braucht man interdisziplinäre Forschung, das heißt, man braucht Menschen, die über Disziplinen hinweg denken können. Die wahre Absicht dieses Ansatzes wird mit diesem Projekt erfüllt."

Mark Jutila, Leiter der Abteilung für Mikrobiologie und Immunologie der MSU, sagte, Walks Stipendium sei aus mehreren Gründen besonders bemerkenswert.

"Dr. Walk hat ein national anerkanntes Forschungsprogramm an der MSU eingerichtet und verfügt über ein einzigartiges Know-how bei der Untersuchung der Funktion von Mikroorganismen in verschiedenen Körperkompartimenten und deren Auswirkungen auf die Gesundheit von Mensch und Tier", sagte Jutila. "Diese neue Stipendienvergabe ist besonders aufregend, da sie den Höhepunkt einer Reihe von Jahren unglaublicher gemeinsamer Anstrengungen darstellt, die von Dr. Walk geleitet wurden und die das Know-how des gesamten Campus nutzen.

"Ein weiterer spannender Aspekt dieses Projekts ist die direkte Relevanz für Montana sowie die potenzielle weltweite Auswirkung", sagte er.

Zur Verfügung gestellt von der Montana State University