Социалният живот позволява разпространението на генетични ефекти в чревния микробиом

Социалният живот позволява разпространението на генетични ефекти в чревния микробиом

Гените на вашия съквартирант могат да повлияят на бактериите, живеещи в червата ви, и обратно, според проучване на плъхове, публикувано днесОбщуване с природата.

Изследването, което изследва повече от четири хиляди животни, показва, че съставът на микробиома на червата на плъхове се формира не само от собствените гени на индивида, но и от гените на индивидите, с които те споделят местообитание.

Откритието разкрива нов начин, по който гените и социалният живот са преплетени: чрез обмен на комменсални чревни микроби, които се движат между индивидите. Въпреки че гените не прескачат между индивидите, микробите могат. Проучването установи, че някои гени благоприятстват определени чревни бактерии и че те могат да се разпространяват чрез тесен социален контакт.

Това не е магия, а резултат от генетични влияния, които се разпространяват върху другите чрез социалните контакти. Гените оформят микробиома на червата и ние открихме, че не само нашите собствени гени са важни.“

Д-р Амели Бауд, изследовател, Център за геномна регулация, Барселона и водещ автор на изследването

Три нови генно-микробни връзки при плъхове

Чревният микробиом е съвкупност от трилиони микроорганизми, които живеят в храносмилателния тракт, където играят ключова роля в храносмилането и цялостното здраве. Въпреки че е известно, че диетата и лекарствата са сред основните фактори, влияещи върху тези микробни екосистеми, определянето на приноса на генетиката е по-трудно.

При хората само два гена са надеждно свързани с чревните бактерии. Генът на лактазата определя дали възрастните могат да усвояват млякото и влияе върху микробите, които усвояват млякото. Генът на кръвната група ABO също работи чрез механизми, които все още не са открити.

Възможно е да има други връзки между генетиката и микробите, но те все още не са потвърдени, защото природата и възпитанието са трудни за разделяне в реалния свят. Например, гените могат да повлияят на избора на диета и начин на живот, които от своя страна влияят върху микробиома на червата. Но семействата и приятелите споделят храна, домове и микроби, размивайки границата между приноса на природата и диетата към микробиома на червата.

Вместо това изследователи от Центъра за геномна регулация и Калифорнийския университет в Сан Диего се обърнаха към плъхове. Животните споделят много характеристики на биологията на бозайниците, но могат да бъдат отглеждани при контролирани условия, като например да се дава на всички една и съща диета.

Всички животни са генетично уникални и идват от една от четири различни кохорти, всяка от които е настанена в различно съоръжение в Съединените щати и с различни процедури за грижа. Това позволи на изследователите да тестват кои генетични ефекти се запазват в различни среди.

Чрез комбиниране на генетични данни и микробиомни данни от всичките 4000 плъха, екипът идентифицира три генетични региона, които постоянно влияят на чревните бактерии въпреки различните условия на отглеждане в четирите кохорти.

Най-силната връзка е между гена St6galnac1, който добавя захарни молекули към чревната слуз, и изобилието от Paraprevotella, бактерия, която според изследователите се храни с тези захари. Открит е и в четирите кохорти.

Втора област съдържа няколко гена на муцин, които образуват защитния слузен слой на червата и са свързани с бактерии от групата Firmicutes. Третият регион включва гена на Pip, който кодира антибактериална молекула и е свързан с бактерии от семейство Muribaculaceae, което е често срещано при гризачите и се среща и при хората.

Гените имат социален живот

Големият размер на кохортата позволи на изследователите да преценят за първи път каква част от микробиома на всеки плъх се обяснява със собствените му гени и колко с гените на другите плъхове, с които живее.

Класически примери за това явление, известно още като индиректни генетични ефекти, са когато гените на майката влияят върху растежа или имунната система на нейното потомство чрез средата, която тя осигурява.

Контролираните условия на изследването при плъхове позволиха на изследователите да изследват тези ефекти по напълно нови начини. Авторите на изследването създадоха изчислителен модел за разделяне на генетичните ефекти върху собствените микроби на плъха от ефектите на неговите социални партньори.

Те откриха, че изобилието на някои Muribaculaceae е повлияно както от пряко, така и от непряко генетично влияние, което означава, че някои генетични ефекти се разпространяват социално чрез обмен на микроби.

След като тези социални или косвени ефекти бяха включени в статистически модел, общото генетично влияние се увеличи четири до осем пъти за трите новооткрити връзки ген-микроб. Изследователите казват, че това може да представлява само част от истинската картина.

„Вероятно сме открили само върха на айсберга“, казва д-р Бауд. „Това са бактериите, при които сигналът е най-силен, но много повече микроби могат да бъдат засегнати, ако имаме по-добри методи за профилиране на микробиома.“

Като демонстрират, че генетичните влияния могат да бъдат свързани с предаването на чревни микроби, авторите на изследването проектират нов механизъм на действие, при който генетичните ефекти на индивида могат да повлияят на цели социални групи и да променят биологията на другите, без да променят тяхната ДНК.

Ако подобни ефекти се появят при хора и има все повече доказателства, че микробиомът на червата играе важна роля за здравето, това може да означава, че генетичните влияния върху човешкото здраве са били подценени в големи проучвания. Гените могат да повлияят не само върху риска от заболяване на един човек, но и върху риска от заболяване при други.

Какво означава изследването за човешкото здраве

Според д-р Бауд е свързал микробиома с всичко - от имунитета и метаболизма до поведението, но не всички докладвани асоциации отразяват причинно-следствените ефекти и точните механизми на действие остават неясни. Генетични изследвания като техните, които използват животински модели в контролирана среда, могат да помогнат за преминаване от корелации към подлежащи на проверка причинно-следствени хипотези и да обяснят как гените и чревната микробиома си взаимодействат за човешкото здраве.

Например, изследователите отбелязват, че генът St6galnac1, който са открили при плъхове, е функционално свързан с човешкия ген ST6GAL1, който също е свързан с Paraprevotella в други проучвания. Това предполага, че начинът, по който животните покриват чревната си обвивка със захар, може да определи кои микроби могат да виреят в храносмилателната система и че това може да е общ биологичен механизъм при различните видове.

Авторите на изследването също така предполагат как този възможен механизъм би могъл на свой ред да повлияе на инфекциозни заболявания като COVID-19.

ST6GAL1 преди това е бил свързван в други проучвания с пробив на SARS-CoV-2 инфекции, случаи, при които хората се заразяват с COVID въпреки ваксинацията. Освен това е доказано, че Paraprevotella индуцира разграждането на храносмилателните ензими, които вирусът използва, за да навлезе в клетките на гостоприемника. Следователно изследователите приемат, че генетичните варианти в ST6GAL1 могат да повлияят на честотата на Paraprevotella и по този начин на вирусната инфекция.

Те също така предполагат защо някои хора развиват автоимунно бъбречно заболяване, наречено IgA нефропатия. Paraprevotella може да промени IgA, антитяло, което защитава червата, но когато се промени, може да навлезе в кръвния поток и да образува бучки, които увреждат бъбреците, отличителният белег на IgA нефропатия.

Сега изследователите искат да проучат подробно как St6galnac1 влияе на Paraprevotella при плъхове и какви биологични верижни реакции предизвиква това в червата и в цялото тяло.

„Сега съм обсебен от тази бактерия. Нашите резултати са подкрепени от данни от четири независими институции, което означава, че можем да провеждаме последващи проучвания във всяка нова среда. Те също така са забележително силни в сравнение с повечето съединения на микробиома на гостоприемника. Това е уникална възможност“, заключава д-р Бауд.

източници: