Društveni život omogućuje širenje genetskih učinaka u crijevnom mikrobiomu

Društveni život omogućuje širenje genetskih učinaka u crijevnom mikrobiomu

Geni vašeg "cimera" mogli bi utjecati na bakterije koje žive u vašim crijevima i obrnuto, prema danas objavljenoj studiji na štakorimaKomunikacija s prirodom.

Istraživanje, u kojem je ispitano više od četiri tisuće životinja, pokazuje da sastav mikrobioma crijeva štakora oblikuju ne samo vlastiti geni jedinke, već i geni jedinki s kojima dijele stanište.

Otkriće otkriva novi način na koji su geni i društveni život isprepleteni: kroz razmjenu komenzalnih crijevnih mikroba koji se kreću između pojedinaca. Iako geni ne skaču između jedinki, mikrobi mogu. Studija je otkrila da neki geni favoriziraju određene crijevne bakterije i da se one mogu širiti bliskim društvenim kontaktom.

To nije magija, već rezultat genetskih utjecaja koji se društvenim kontaktima šire na druge. Geni oblikuju crijevni mikrobiom i otkrili smo da nisu važni samo naši geni.”

Dr. Amelie Baud, istraživačica, Centar za genomsku regulaciju, Barcelona i glavna autorica studije

Tri nove veze gena i mikroba kod štakora

Mikrobiom crijeva skup je trilijuna mikroorganizama koji žive u probavnom traktu, gdje igraju ključnu ulogu u probavi i cjelokupnom zdravlju. Iako je poznato da su prehrana i lijekovi među glavnim čimbenicima koji utječu na ove mikrobne ekosustave, određivanje doprinosa genetike bilo je teže.

Kod ljudi su samo dva gena pouzdano povezana s crijevnim bakterijama. Gen laktaze određuje mogu li odrasli probaviti mlijeko i utječe na mikrobe koji probavljaju mlijeko. Gen ABO krvne grupe također djeluje kroz mehanizme koji tek trebaju biti otkriveni.

Mogle bi postojati i druge veze između genetike i mikroba, ali one još nisu potvrđene jer je prirodu i odgoj teško odvojiti u stvarnom svijetu. Na primjer, geni mogu utjecati na odabir prehrane i stila života, što zauzvrat utječe na crijevni mikrobiom. Ali obitelji i prijatelji dijele hranu, domove i mikrobe, brišući granicu između doprinosa prirode i prehrane crijevnom mikrobiomu.

Umjesto toga, istraživači Centra za regulaciju genoma i Kalifornijskog sveučilišta San Diego okrenuli su se štakorima. Životinje dijele mnoge značajke biologije sisavaca, ali se mogu uzgajati u kontroliranim uvjetima, poput davanja svima iste prehrane.

Sve su životinje bile genetski jedinstvene i dolazile su iz jedne od četiri različite kohorte, od kojih je svaka bila smještena u drugom objektu u Sjedinjenim Državama i s različitim rutinama skrbi. To je omogućilo istraživačima da testiraju koji genetski učinci traju u različitim okruženjima.

Kombinacijom genetskih podataka i podataka o mikrobiomu svih 4000 štakora, tim je identificirao tri genetske regije koje dosljedno utječu na crijevne bakterije unatoč različitim uvjetima uzgoja u četiri kohorte.

Najjača povezanost bila je između gena St6galnac1, koji dodaje molekule šećera u crijevnu sluz, i obilja Paraprevotelle, bakterije za koju istraživači vjeruju da se hrani tim šećerima. Pronađen je u sve četiri kohorte.

Druga regija sadržavala je nekoliko gena mucina, koji tvore zaštitni sloj sluzi u crijevima, a bili su povezani s bakterijama iz skupine Firmicutes. Treća regija uključuje Pip gen, koji kodira antibakterijsku molekulu, a povezan je s bakterijama iz obitelji Muribaculaceae, koje su česte kod glodavaca, a pojavljuju se i kod ljudi.

Geni imaju društveni život

Velika veličina kohorte omogućila je istraživačima da po prvi put procijene koliko je mikrobioma svakog štakora objašnjeno njegovim vlastitim genima, a koliko genima drugih štakora s kojima živi.

Klasični primjeri ovog fenomena, također poznatog kao neizravni genetski učinci, su kada majčini geni utječu na rast ili imunološki sustav njezinog potomstva kroz okolinu koju ona pruža.

Kontrolirani uvjeti studije na štakorima omogućili su istraživačima da ispitaju te učinke na potpuno nove načine. Autori studije stvorili su računalni model za odvajanje genetskih učinaka na vlastite mikrobe štakora od učinaka njegovih društvenih partnera.

Otkrili su da je brojnost nekih vrsta Muribaculaceae pod utjecajem izravnog i neizravnog genetskog utjecaja, što znači da su se neki genetski učinci društveno širili razmjenom mikroba.

Nakon što su ti društveni ili neizravni učinci uključeni u statistički model, ukupni genetski utjecaj povećao se četiri do osam puta za tri novootkrivene veze gena i mikroba. Istraživači kažu da ovo može predstavljati samo djelić prave slike.

"Vjerojatno smo otkrili samo vrh ledenog brijega", kaže dr. Baud. "Ovo su bakterije kod kojih je signal najjači, ali moglo bi se utjecati na mnogo više mikroba ako imamo bolje metode profiliranja mikrobioma."

Dokazujući da se genetski utjecaji mogu povezati s prijenosom crijevnih mikroba, autori studije dizajnirali su novi mehanizam djelovanja u kojem genetski učinci pojedinca mogu utjecati na cijele društvene skupine i promijeniti biologiju drugih bez promjene njihove DNK.

Ako se slični učinci javljaju kod ljudi i postoji sve više dokaza da crijevni mikrobiom igra važnu ulogu u zdravlju, to bi moglo značiti da su genetski utjecaji na ljudsko zdravlje podcijenjeni u velikim studijama. Geni mogu utjecati ne samo na rizik od bolesti jedne osobe, već i na rizik od bolesti kod drugih.

Što studija znači za ljudsko zdravlje

Prema riječima dr. Baud povezao je mikrobiom sa svime, od imuniteta i metabolizma do ponašanja, ali sve prijavljene povezanosti ne odražavaju uzročne učinke i precizni mehanizmi djelovanja ostaju nejasni. Genetske studije poput njihove, koje koriste životinjske modele u kontroliranim okruženjima, mogu pomoći prijeći s korelacija na provjerljive uzročne hipoteze i objasniti kako geni i crijevni mikrobiom djeluju na ljudsko zdravlje.

Na primjer, istraživači primjećuju da je gen St6galnac1 koji su otkrili kod štakora funkcionalno povezan s ljudskim genom ST6GAL1, koji je također povezan s Paraprevotellom u drugim studijama. Sugerira da način na koji životinje prekrivaju svoju crijevnu sluznicu šećerom može odrediti koji mikrobi mogu napredovati u probavnom sustavu i da bi to mogao biti uobičajeni biološki mehanizam među vrstama.

Autori studije također pretpostavljaju kako bi ovaj mogući mehanizam mogao utjecati na zarazne bolesti kao što je COVID-19.

ST6GAL1 je prethodno u drugim studijama povezivan s prodornim infekcijama SARS-CoV-2, slučajevima u kojima se ljudi zaraze COVID-om unatoč cijepljenju. Također se pokazalo da paraprevotella potiče razgradnju probavnih enzima koje virus koristi za ulazak u stanice domaćina. Istraživači stoga pretpostavljaju da bi genetske varijante u ST6GAL1 mogle utjecati na učestalost Paraprevotelle, a time i na infekciju virusom.

Oni također pretpostavljaju zašto neki ljudi razvijaju autoimunu bolest bubrega koja se naziva IgA nefropatija. Paraprevotella bi mogla promijeniti IgA, protutijelo koje štiti crijeva, ali, kada se promijeni, može ući u krvotok i formirati nakupine koje oštećuju bubrege, što je obilježje IgA nefropatije.

Istraživači sada žele detaljno istražiti kako St6galnac1 utječe na Paraprevotellu kod štakora i koje biološke lančane reakcije to pokreće u crijevima i cijelom tijelu.

"Sada sam opsjednut ovom bakterijom. Naši rezultati potkrijepljeni su podacima četiriju neovisnih institucija, što znači da možemo provoditi studije praćenja u svakom novom okruženju. One su također izuzetno jake u usporedbi s većinom spojeva mikrobioma domaćina. Ovo je jedinstvena prilika", zaključuje dr. Baud.

Izvori: