- Naukowcy odkryli, że bakterie zamieszkujące ludzki układ moczowy mogą produkować testosteron
- To zaskakujące odkrycie zmienia nasze spojrzenie na rolę mikroorganizmów w organizmie i otwiera nowe drogi w badaniach nad rakiem prostaty
- Chociaż bezpośredni związek z nowotworem nie jest jeszcze potwierdzony, nowa wiedza jest kluczowa dla przyszłych metod diagnostyki i leczenia
Zaskakujące odkrycie w układzie moczowym: bakterie produkują testosteron
Przełomowe badania, opublikowane w prestiżowym piśmie "Nature Communications", rzucają nowe światło na skomplikowaną biologię ludzkiego organizmu i potencjalne czynniki wpływające na zdrowie mężczyzn. Naukowcy zidentyfikowali bakterie Actinobaculum massiliense, które bytują w układzie moczowym i potrafią wytwarzać testosteron - kluczowy męski hormon.
Ta zdolność, choć zaobserwowana na razie w warunkach laboratoryjnych, otwiera zupełnie nowe perspektywy w zrozumieniu mechanizmów rozwoju raka prostaty. Rak prostaty to nowotwór, którego rozwój jest silnie zależny od męskich hormonów, zwłaszcza testosteronu.
Z tego powodu leczenie zaawansowanego raka prostaty często polega na zmniejszaniu produkcji tego hormonu lub blokowaniu jego działania, a w niektórych przypadkach nawet na chirurgicznym usunięciu jąder, które go wytwarzają. Odkrycie bakterii produkujących testosteron wprowadza nowy, nieoczekiwany element do tej złożonej układanki.
Chociaż badacze podkreślają, że nie ma dowodów na to, iż bakterie te bezpośrednio wywołują raka prostaty, ani że produkowany przez nie testosteron dociera do guzów, ujawnia to nieznaną wcześniej bakteryjną drogę do hormonu kluczowego dla biologii prostaty.
Mocz nie jest jałowy: zmiana paradygmatu
Przez wiele lat panowało przekonanie, że mocz jest całkowicie jałowy, czyli pozbawiony jakichkolwiek mikroorganizmów. Z tego powodu układ moczowy nie był nawet uwzględniony w początkowych etapach Projektu Mikrobiomu Człowieka. Z czasem okazało się jednak, że to przekonanie jest błędne. W układzie moczowym istnieje złożona społeczność mikroorganizmów, nazywana mikrobiomem układu moczowego lub urobiomem.
Wiele badań skupiało się dotąd na identyfikacji tych mikroorganizmów i porównywaniu ich składu u osób zdrowych i chorych. Nowe badanie poszło o krok dalej, zadając trudniejsze pytanie: co właściwie robią te mikroby?
Jak naukowcy odkryli bakteryjną "fabrykę" hormonów?
Zespół naukowców z Auburn University oraz współpracujący z nimi badacze z University of Illinois Urbana-Champaign, Virginia Commonwealth University i Carle Foundation Hospital, postanowili zgłębić aktywność urobiomu. Badali bakterie wyizolowane z próbek moczu pobranych od mężczyzn, którzy mieli przejść biopsję prostaty.
Aby znaleźć organizmy zdolne do przekształcania steroidów, opracowali specjalną, szybką metodę przesiewową, którą nazwali testem Human Sterolbiome Discovery High-throughput assay (HSDH). Wśród zidentyfikowanych mikroorganizmów wyróżniła się wspomniana wcześniej bakteria Actinobaculum massiliense.
Kiedy naukowcy podali jej dehydroepiandrosteron (DHEA) - steroid naturalnie wytwarzany przez ludzki organizm i będący prekursorem innych hormonów - bakteria zaczęła wytwarzać pośrednie cząsteczki steroidowe, a ostatecznie - testosteron. Po potwierdzeniu tej niezwykłej zdolności badacze przeszukali genom bakterii w poszukiwaniu odpowiedzialnych za to genów. Zidentyfikowali dwóch "kandydatów" na enzymy, które nazwali DirA i DirB.
Sekrety bakteryjnych enzymów: DirA i DirB pod lupą
Aby zrozumieć, jak dokładnie te enzymy przekształcają DHEA w testosteron, grupa badawcza profesora Rafaela Bernardiego z Auburn University stworzyła trójwymiarowe modele DirA i DirB. Wykorzystując symulacje molekularne, naukowcy prześledzili w skali atomowej, co dzieje się, gdy cząsteczki steroidów wnikają do każdego z enzymów.
Stworzyli nawet filmy pokazujące ruch enzymów, obrót steroidów i przemieszczanie się otaczających cząsteczek w czasie rzeczywistym. Okazało się, że kluczową rolę odgrywa tu kształt i elastyczność enzymów. DirA ma szeroką, otwartą "kieszonkę" w swoim centrum aktywnym, co daje steroidowi przestrzeń do zmiany położenia.
Ta elastyczność umożliwia różnym częściom steroidu zbliżanie się do miejsca, gdzie zachodzi reakcja chemiczna, na różnych etapach szlaku od DHEA do testosteronu. Z kolei DirB ma znacznie węższy "tunel wewnętrzny".
Steroid może do niego wejść, ale ograniczona przestrzeń często powoduje, że ustawia się on nieprawidłowo, przez co część, która musi zareagować, jest odwrócona od miejsca aktywnego enzymu. "W tej skali chemia zależy od choreografii" - wskazał Rafael Bernardi, adiunkt w Auburn University i współautor badania. "Steroid musi znajdować się we właściwym miejscu, we właściwym kierunku, we właściwym momencie. Jeden enzym daje mu na to przestrzeń. Drugi nie". Raissa Rosa, doktorantka w grupie Bernardiego, która przeprowadziła badania obliczeniowe, dodała: "Struktura statyczna może nam pokazać, że cząsteczka mieści się wewnątrz białka. Symulacje mówią nam, czy może osiągnąć precyzyjną orientację potrzebną do reakcji i czy ten układ pozostaje stabilny. W tym przypadku te ruchy pomogły wyjaśnić, dlaczego oba enzymy zachowują się tak odmiennie".
Co to oznacza dla zdrowia mężczyzn i badań nad rakiem prostaty?
Odkrycie, że bakterie w układzie moczowym mogą generować testosteron, rodzi wiele nowych, kluczowych pytań. Najważniejsze to: czy metabolizm mikroorganizmów rzeczywiście może przyczyniać się do tworzenia środowiska androgenowego (bogatego w męskie hormony) w pobliżu prostaty? Obecne badanie nie daje jeszcze odpowiedzi na to pytanie. Pokazuje jedynie, że bakteria posiada biochemiczną zdolność do produkcji testosteronu w warunkach laboratoryjnych.
Naukowcy muszą teraz ustalić, czy ten bakteryjny szlak hormonalny jest aktywny w organizmie człowieka, ile androgenów bakterie mogą tam wytworzyć, czy te cząsteczki docierają do pobliskich tkanek oraz czy mają jakikolwiek mierzalny wpływ na biologię prostaty. Odkrycie dostarcza jednak konkretnych genów i enzymów do dalszych badań.
Badacze mogą teraz przeszukiwać istniejące zbiory danych mikrobiomu moczowego pod kątem genów dirA i dirB, określać ich częstość występowania i sprawdzać, czy ich obecność jest związana z różnicami w poziomie hormonów w moczu, schorzeniami prostaty lub reakcją na leczenie. "Kolejnym krokiem jest przejście od kwestii molekularnych do znaczenia fizjologicznego" - podkreślił Rafael Bernardi. "Rozumiemy teraz, jak enzymy bakteryjne mogą przeprowadzać reakcje chemiczne. Istotniejszym pytaniem jest, czy te reakcje chemiczne mają istotny wpływ na złożone środowisko ludzkiego ciała".
Szersze konsekwencje: wpływ na diagnostykę i medycynę sportową
Praca ta może mieć również implikacje wykraczające poza badania nad prostatą. Poziom steroidów w moczu jest mierzony w badaniach medycznych, diagnostyce chorób, a także w testach na obecność substancji dopingujących. Jeśli mikroorganizmy w drogach moczowych mogą przekształcać te związki, metabolizm drobnoustrojów może stać się kolejnym czynnikiem, który naukowcy będą musieli uwzględniać przy interpretacji profilów steroidowych w moczu.
To oznacza, że nowe odkrycie może zmienić sposób, w jaki rozumiemy i oceniamy wyniki wielu rutynowych testów.
Zobacz galerię: Ważne badania mężczyzn 40+. Potrzebujesz przeglądu przynajmniej raz w roku
9
