Osteoporoza, bolest kostiju povezana sa starenjem, karakterizira se gubitkom gustine kostiju, mikroarhitektonskim propadanjem kostiju i povećanim rizikom od prijeloma. S obzirom da je jedna trećina žena u postmenopauzi pogođena, to je veliki javnozdravstveni problem. Kroz epidemiološke analize, laboratorijske eksperimente i najsavremenije metagenomske i metabolomske alate, istraživački tim sa Univerziteta u Ženevi (UNIGE), u Švicarskoj, uočio je da izlaganje toplijim temperaturama okoline (34 °C) povećava snagu kostiju., dok sprječava gubitak gustoće kostiju tipičan za osteoporozu. Štaviše, ovaj fenomen, povezan s promjenom sastava crijevne mikrobiote izazvane toplinom, mogao bi se replicirati transplantacijom mikrobiote miševa koji žive u toplom okruženju na miševe koji pate od osteoporoze. Zaista, nakon transplantacije, njihove kosti su bile jače i gušće. Ovi rezultati, koji će se otkriti u ćelijskom metabolizmu, omogućavaju da se zamisli efikasne i inovativne intervencije za prevenciju i liječenje osteoporoze.
Mnogi biolozi su upoznati s Allenovim pravilom, od prirodnjaka Joela Asapha Allena iz 19. stoljeća, prema kojem životinje koje žive u toplim područjima imaju veću površinu u odnosu na svoju zapreminu od životinja koje žive u hladnijem okruženju. Zaista, veća površina kože omogućava bolju evakuaciju tjelesne topline. "U jednom eksperimentu smo novorođene miševe postavili na temperaturu od 34 °C kako bismo sveli na minimum toplotni šok povezan s njihovim rođenjem. Otkrili smo da su imali duže i jače kosti, potvrđujući da na rast kostiju utiče temperatura okoline", objašnjava Mirko Trajkovski, profesor na Katedri za ćelijsku fiziologiju i metabolizam i u Centru za dijabetes Medicinskog fakulteta UNIGE, koji je vodio studiju. Ali šta je sa odraslošću?
Dosljedni epidemiološki podaci
Postavljanjem nekoliko grupa odraslih miševa u toplo okruženje, naučnici su primetili da, iako je veličina kosti ostala nepromenjena, čvrstoća i gustina kostiju su u velikoj meri poboljšane. Zatim su ponovili svoj eksperiment s miševima nakon ovariektomije koja je modelirala postmenuposalnu osteoporozu. „Efekat je bio veoma interesantan“, kaže Claire Chevalier, tada istraživač u laboratoriji profesora Trajkovskog i prvi autor ovog rada. "Jednostavna činjenica zagrijavanja životnog okruženja naših miševa ih je zaštitila od gubitka koštane mase tipičnog za osteoporozu!"
Šta je sa ljudskim bićima? Istraživački tim analizirao je globalne epidemiološke podatke o učestalosti osteoporoze u odnosu na prosječnu temperaturu, geografsku širinu, potrošnju kalcija i nivoe vitamina D. Zanimljivo je da su otkrili da što je viša temperatura, to je manje fraktura kuka - jedne od glavnih posljedica osteoporoze - bez obzira na druge faktore.„Otkrili smo jasnu korelaciju između geografske širine i preloma kuka, što znači da je u sjevernim zemljama incidencija veća u odnosu na topliji jug“, kaže Mirko Trajkovski. "Normalizacija analize poznatih igrača kao što su vitamin D ili kalcij nije modificirala ovu korelaciju. Međutim, kada smo isključili temperaturu kao determinantu, korelacija se izgubila. To ne znači da kalcij ili vitamin D ne igraju ulogu ulogu, bilo samostalno ili u kombinaciji. Međutim, odlučujući faktor je toplota - ili nedostatak iste."
Kako se mikrobiota prilagođava
Specijali za mikrobiotu, ženevski naučnici su želeli da shvate njegovu ulogu u ovim metaboličkim modifikacijama. U tu svrhu, transplantirali su mikrobiotu miševa koji žive u okruženju od 34° na osteoporotične miševe, čiji se kvalitet kostiju brzo poboljšao. "Ovi nalazi mogu implicirati proširenje Allenovog pravila, sugerirajući efekte topline neovisne o elongaciji, koja prvenstveno favorizira gustinu i snagu kostiju tokom odraslog doba kroz promjene mikrobiote", kaže Mirko Trajkovski.
Zahvaljujući najsavremenijim metagenomskim alatima razvijenim u njihovoj laboratoriji, naučnici su tada uspeli da razumeju ulogu koju igra mikrobiota. Kada se prilagodi toplini, dovodi do poremećaja u sintezi i razgradnji poliamina, molekula koji su uključeni u starenje, a posebno u zdravlje kostiju. "Sa toplotom se povećava sinteza poliamina, dok se njihova razgradnja smanjuje. Oni na taj način utiču na aktivnost osteoblasta (ćelija koje grade kosti) i smanjuju broj osteoklasta (ćelija koje razgrađuju kosti). S godinama i menopauzom, izuzetna ravnoteža između aktivnosti osteoklasta i osteoblasta je poremećena", objašnjava Claire Chevalier. "Međutim, toplina, djelovanjem na poliamine, za koje smo otkrili da ih djelimično reguliše mikrobiota, može održati ravnotežu između ove dvije ćelijske grupe." Ovi podaci stoga ukazuju da bi izlaganje toplini moglo biti preventivna strategija protiv osteoporoze.
Razvoj novih tretmana
Uticaj mikrobiote na metabolizam se bolje razume. Međutim, da bi mogli koristiti ovo znanje za razvoj terapijskih strategija, naučnici moraju precizno identificirati ulogu određenih bakterija u određenim bolestima. U kontekstu svog rada na osteoporozi, tim profesora Trajkovskog je uspeo da identifikuje određene važne bakterije. „Još uvijek moramo precizirati naše analize, ali naš relativno kratkoročni cilj bi bio da identificiramo bakterije kandidate i razvijemo nekoliko 'bakterijskih koktela' za liječenje metaboličkih i koštanih poremećaja, kao što je osteoporoza, ali i za poboljšanje osjetljivosti na inzulin, npr.," zaključuju autori.
