Η κοινωνική ζωή επιτρέπει τη διάδοση των γενετικών επιδράσεων στο εντερικό μικροβίωμα

Η κοινωνική ζωή επιτρέπει τη διάδοση των γενετικών επιδράσεων στο εντερικό μικροβίωμα

Τα γονίδια του «συγκάτοικου» σας θα μπορούσαν να επηρεάσουν τα βακτήρια που ζουν στο έντερό σας και αντίστροφα, σύμφωνα με μια μελέτη αρουραίων που δημοσιεύτηκε σήμεραΕπικοινωνία με τη φύση.

Η έρευνα, η οποία εξέτασε περισσότερα από τέσσερις χιλιάδες ζώα, δείχνει ότι η σύνθεση του μικροβιώματος του εντέρου του αρουραίου διαμορφώνεται όχι μόνο από τα γονίδια του ίδιου του ατόμου, αλλά και από τα γονίδια των ατόμων με τα οποία μοιράζονται έναν βιότοπο.

Η ανακάλυψη αποκαλύπτει έναν νέο τρόπο αλληλεπίδρασης των γονιδίων και της κοινωνικής ζωής: μέσω της ανταλλαγής μικροβίων του εντέρου που κινούνται μεταξύ των ατόμων. Αν και τα γονίδια δεν μεταπηδούν μεταξύ ατόμων, τα μικρόβια μπορούν. Η μελέτη διαπίστωσε ότι ορισμένα γονίδια ευνοούν ορισμένα βακτήρια του εντέρου και ότι αυτά μπορούν να εξαπλωθούν μέσω στενής κοινωνικής επαφής.

Αυτό δεν είναι μαγεία, αλλά αποτέλεσμα γενετικών επιρροών που εξαπλώνονται στους άλλους μέσω των κοινωνικών επαφών. Τα γονίδια διαμορφώνουν το μικροβίωμα του εντέρου και ανακαλύψαμε ότι δεν είναι μόνο τα δικά μας γονίδια που έχουν σημασία».

Δρ Amelie Baud, ερευνήτρια, Κέντρο Γονιδιωματικής Ρύθμισης, Βαρκελώνη και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης

Τρεις νέες συνδέσεις γονιδίου-μικροβίου σε αρουραίους

Το μικροβίωμα του εντέρου είναι μια συλλογή τρισεκατομμυρίων μικροοργανισμών που ζουν στην πεπτική οδό, όπου παίζουν βασικό ρόλο στην πέψη και τη γενική υγεία. Ενώ η διατροφή και τα φάρμακα είναι γνωστό ότι είναι μεταξύ των κύριων παραγόντων που επηρεάζουν αυτά τα μικροβιακά οικοσυστήματα, ο προσδιορισμός της συμβολής της γενετικής ήταν πιο δύσκολος.

Στον άνθρωπο, μόνο δύο γονίδια έχουν συνδεθεί αξιόπιστα με τα βακτήρια του εντέρου. Το γονίδιο της λακτάσης καθορίζει εάν οι ενήλικες μπορούν να αφομοιώσουν το γάλα και επηρεάζει τα μικρόβια που αφομοιώνουν το γάλα. Το γονίδιο της ομάδας αίματος ABO λειτουργεί επίσης μέσω μηχανισμών που δεν έχουν ακόμη ανακαλυφθεί.

Θα μπορούσαν να υπάρχουν άλλες συνδέσεις μεταξύ της γενετικής και των μικροβίων, αλλά δεν έχουν ακόμη επιβεβαιωθεί επειδή η φύση και η ανατροφή είναι δύσκολο να διαχωριστούν στον πραγματικό κόσμο. Για παράδειγμα, τα γονίδια μπορούν να επηρεάσουν τις επιλογές διατροφής και τρόπου ζωής, οι οποίες με τη σειρά τους επηρεάζουν το μικροβίωμα του εντέρου. Ωστόσο, οι οικογένειες και οι φίλοι μοιράζονται φαγητό, σπίτια και μικρόβια, θολώνοντας τη γραμμή μεταξύ της συμβολής της φύσης και της διατροφής στο μικροβίωμα του εντέρου.

Αντίθετα, ερευνητές στο Κέντρο Γονιδιωματικής Ρύθμισης και στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια Σαν Ντιέγκο στράφηκαν στους αρουραίους. Τα ζώα μοιράζονται πολλά χαρακτηριστικά της βιολογίας των θηλαστικών, αλλά μπορούν να εκτραφούν υπό ελεγχόμενες συνθήκες, όπως να δίνουν σε όλους την ίδια δίαιτα.

Όλα τα ζώα ήταν γενετικά μοναδικά και προέρχονταν από μία από τις τέσσερις διαφορετικές κοόρτες, καθεμία από τις οποίες στεγαζόταν σε διαφορετική εγκατάσταση στις Ηνωμένες Πολιτείες και με διαφορετικές ρουτίνες φροντίδας. Αυτό επέτρεψε στους ερευνητές να δοκιμάσουν ποιες γενετικές επιδράσεις παρέμειναν σε διαφορετικά περιβάλλοντα.

Συνδυάζοντας γενετικά δεδομένα και δεδομένα μικροβιώματος και από τους 4.000 αρουραίους, η ομάδα εντόπισε τρεις γενετικές περιοχές που επηρεάζουν σταθερά τα βακτήρια του εντέρου παρά τις διαφορετικές συνθήκες εκτροφής και στις τέσσερις κοόρτες.

Η ισχυρότερη συσχέτιση ήταν μεταξύ του γονιδίου St6galnac1, το οποίο προσθέτει μόρια ζάχαρης στην εντερική βλέννα, και της αφθονίας της Paraprevotella, ενός βακτηρίου που οι ερευνητές πιστεύουν ότι τρέφεται με αυτά τα σάκχαρα. Βρέθηκε και στις τέσσερις κοόρτες.

Μια δεύτερη περιοχή περιείχε αρκετά γονίδια βλεννίνης, τα οποία σχηματίζουν το προστατευτικό στρώμα βλέννας του εντέρου και συνδέονταν με βακτήρια από την ομάδα Firmicutes. Η τρίτη περιοχή περιελάμβανε το γονίδιο Pip, το οποίο κωδικοποιεί ένα αντιβακτηριακό μόριο και συνδέθηκε με βακτήρια της οικογένειας Muribaculaceae, που είναι κοινό στα τρωκτικά και εμφανίζεται επίσης στους ανθρώπους.

Τα γονίδια έχουν κοινωνική ζωή

Το μεγάλο μέγεθος της κοόρτης επέτρεψε στους ερευνητές να εκτιμήσουν για πρώτη φορά πόσο από το μικροβίωμα κάθε αρουραίου εξηγείται από τα δικά του γονίδια και πόσο από τα γονίδια των άλλων αρουραίων με τους οποίους ζει.

Κλασικά παραδείγματα αυτού του φαινομένου, γνωστό και ως έμμεσες γενετικές επιδράσεις, είναι όταν τα γονίδια της μητέρας επηρεάζουν την ανάπτυξη ή το ανοσοποιητικό σύστημα των απογόνων της μέσω του περιβάλλοντος που παρέχει.

Οι ελεγχόμενες συνθήκες της μελέτης σε αρουραίους επέτρεψαν στους ερευνητές να εξετάσουν αυτές τις επιδράσεις με εντελώς νέους τρόπους. Οι συγγραφείς της μελέτης δημιούργησαν ένα υπολογιστικό μοντέλο για να διαχωρίσουν τις γενετικές επιδράσεις στα μικρόβια του ίδιου του αρουραίου από τις επιπτώσεις των κοινωνικών εταίρων του.

Διαπίστωσαν ότι η αφθονία ορισμένων Muribaculaceae επηρεάστηκε τόσο από την άμεση όσο και από την έμμεση γενετική επίδραση, που σημαίνει ότι ορισμένες γενετικές επιδράσεις εξαπλώνονται κοινωνικά μέσω της μικροβιακής ανταλλαγής.

Μόλις αυτές οι κοινωνικές ή έμμεσες επιδράσεις συμπεριλήφθηκαν σε ένα στατιστικό μοντέλο, η συνολική γενετική επιρροή αυξήθηκε τέσσερις έως οκτώ φορές για τις τρεις πρόσφατα ανακαλυφθείσες συνδέσεις γονιδίου-μικροβίου. Οι ερευνητές λένε ότι αυτό μπορεί να αντιπροσωπεύει μόνο ένα κλάσμα της αληθινής εικόνας.

«Πιθανότατα έχουμε ανακαλύψει μόνο την κορυφή του παγόβουνου», λέει ο Δρ Baud. «Αυτά είναι τα βακτήρια όπου το σήμα είναι ισχυρότερο, αλλά πολλά περισσότερα μικρόβια θα μπορούσαν να επηρεαστούν εάν έχουμε καλύτερες μεθόδους δημιουργίας προφίλ μικροβιώματος».

Αποδεικνύοντας ότι οι γενετικές επιρροές μπορούν να συνδυαστούν με τη μετάδοση μικροβίων του εντέρου, οι συγγραφείς της μελέτης σχεδιάζουν έναν νέο μηχανισμό δράσης στον οποίο τα γενετικά αποτελέσματα ενός ατόμου μπορούν να επηρεάσουν ολόκληρες κοινωνικές ομάδες και να αλλάξουν τη βιολογία άλλων χωρίς να αλλοιώσουν το DNA τους.

Εάν παρόμοιες επιδράσεις συμβαίνουν στον άνθρωπο και υπάρχουν αυξανόμενες ενδείξεις ότι το μικροβίωμα του εντέρου παίζει σημαντικό ρόλο στην υγεία, αυτό θα μπορούσε να σημαίνει ότι οι γενετικές επιδράσεις στην ανθρώπινη υγεία έχουν υποτιμηθεί σε μεγάλες μελέτες. Τα γονίδια μπορούν να επηρεάσουν όχι μόνο τον κίνδυνο ασθένειας ενός ατόμου, αλλά και τον κίνδυνο ασθένειας σε άλλους.

Τι σημαίνει η μελέτη για την ανθρώπινη υγεία

Σύμφωνα με τον Δρ. Baud έχει συνδέσει το μικροβίωμα με τα πάντα, από την ανοσία και τον μεταβολισμό έως τη συμπεριφορά, αλλά δεν αντανακλούν όλες οι αναφερόμενες συσχετίσεις τις αιτιώδεις επιπτώσεις και οι ακριβείς μηχανισμοί δράσης παραμένουν ασαφείς. Γενετικές μελέτες όπως η δική τους, που χρησιμοποιούν ζωικά μοντέλα σε ελεγχόμενα περιβάλλοντα, μπορούν να βοηθήσουν στη μετάβαση από τις συσχετίσεις σε ελεγχόμενες αιτιώδεις υποθέσεις και να εξηγήσουν πώς αλληλεπιδρούν τα γονίδια και το μικροβίωμα του εντέρου για την ανθρώπινη υγεία.

Για παράδειγμα, οι ερευνητές σημειώνουν ότι το γονίδιο St6galnac1 που ανακάλυψαν σε αρουραίους σχετίζεται λειτουργικά με το ανθρώπινο γονίδιο ST6GAL1, το οποίο έχει επίσης συνδεθεί με την Paraprevotella σε άλλες μελέτες. Υποδηλώνει ότι ο τρόπος με τον οποίο τα ζώα επικαλύπτουν την εντερική τους επένδυση με ζάχαρη μπορεί να καθορίσει ποια μικρόβια μπορούν να ευδοκιμήσουν στο πεπτικό σύστημα και ότι αυτός μπορεί να είναι ένας κοινός βιολογικός μηχανισμός σε όλα τα είδη.

Οι συγγραφείς της μελέτης υποθέτουν επίσης πώς αυτός ο πιθανός μηχανισμός θα μπορούσε με τη σειρά του να επηρεάσει μολυσματικές ασθένειες όπως το COVID-19.

Το ST6GAL1 έχει προηγουμένως συνδεθεί σε άλλες μελέτες με πρωτοποριακές λοιμώξεις SARS-CoV-2, περιπτώσεις στις οποίες οι άνθρωποι μολύνονται με COVID παρά τον εμβολιασμό. Η paraprevotella έχει επίσης αποδειχθεί ότι προκαλεί τη διάσπαση των πεπτικών ενζύμων που χρησιμοποιεί ο ιός για να εισέλθει στα κύτταρα του ξενιστή. Ως εκ τούτου, οι ερευνητές υποθέτουν ότι οι γενετικές παραλλαγές στο ST6GAL1 θα μπορούσαν να επηρεάσουν τη συχνότητα της Paraprevotella και επομένως τη μόλυνση από τον ιό.

Υποθέτουν επίσης γιατί μερικοί άνθρωποι αναπτύσσουν μια αυτοάνοση νεφρική νόσο που ονομάζεται νεφροπάθεια IgA. Η Paraprevotella θα μπορούσε να αλλάξει το IgA, ένα αντίσωμα που προστατεύει το έντερο, αλλά, όταν αλλοιωθεί, μπορεί να εισέλθει στην κυκλοφορία του αίματος και να σχηματίσει συστάδες που βλάπτουν τα νεφρά, το χαρακτηριστικό της νεφροπάθειας IgA.

Οι ερευνητές θέλουν τώρα να διερευνήσουν λεπτομερώς πώς το St6galnac1 επηρεάζει την Paraprevotella σε αρουραίους και ποιες βιολογικές αλυσιδωτές αντιδράσεις προκαλεί αυτό στο έντερο και σε όλο το σώμα.

"Τώρα έχω εμμονή με αυτό το βακτήριο. Τα αποτελέσματά μας υποστηρίζονται από δεδομένα από τέσσερα ανεξάρτητα ιδρύματα, που σημαίνει ότι μπορούμε να διεξάγουμε μελέτες παρακολούθησης σε οποιοδήποτε νέο περιβάλλον. Είναι επίσης εξαιρετικά ισχυρά σε σύγκριση με τις περισσότερες ενώσεις μικροβιώματος ξενιστή. Αυτή είναι μια μοναδική ευκαιρία", καταλήγει ο Δρ Baud.

Πηγές: