Главная \ Новости

Микробы контролируют гены хозяина

« Назад

08.06.2017 18:41

МИКРОБЫ МОГУТ КОНТРОЛИРОВАТЬ РАБОТУ ГЕНОВ ЧЕЛОВЕКА

Кишечные бактерии могут изменять поведение генов хозяина. Кишечные клетки мыши выделены красным, синим же цветом обозначено клеточное ядро, зелёным – белок Hnf4a.

Рис.1. Кишечные бактерии могут изменять поведение генов хозяина. Кишечные клетки мыши выделены красным, синим же цветом обозначено клеточное ядро, зелёным – белок Hnf4a.


Серые кардиналы: микробы способны контролировать работу генов своего хозяина

Абсолютно все животные, начиная от морских губок до современного человека, эволюционировали в мире, который уже был наполнен микробами. И сегодня эти одноклеточные микроорганизмы покрывают практически всю поверхность нашего тела, являясь такой же частью нашей биологии, как ткани и органы. Они "тренируют" иммунную систему человека и регулируют его метаболизм.

И недавно исследователи из Университета Дьюка выяснили, что микробы способны контролировать работу генов своих животных-хозяев. Работа, проведённая на рыбках данио-рерио и лабораторных мышах, по мнению учёных, может оказаться полезной в разработках лечения воспалительного заболевания кишечника человека – болезни Крона и язвенного колита.

"Наши результаты позволяют предположить, что древнейшие части генома человека и древнейшее взаимодействие с микробами имеют отношение к болезням, которые существуют сегодня у человека", — говорит ведущий автор исследования Джон Ролз (John F. Rawls) из Школы медицины при Университете Дьюка.

В последние годы исследователи обнаружили большое количество связей между человеческой микробиотой (триллионами бактерий, вирусов и грибков) и широким спектром различных заболеваний — от анорексии до диабета. Но Ролз считает, что на сегодня остаётся много важных пробелов в понимании того, как эти микробы влияют на здоровье человека или животных и становятся причиной заболеваний.

В частности, Ролз изучал, какое влияние микробиота может оказывать на геном животных путём анализа конкретных областей генома. Последние регулируют то, какие гены "включены" или "выключены" в определённый момент времени или в определённой ткани.

Некоторые из этих участков могут хранить нити ДНК, упакованные в плотные структуры, скрывая таким образом их от механизма, ответственного за перевод генетического кода. Другие, так называемые энхансеры, набирают специальные белки (факторы транскрипции), которые прикрепляются к ДНК вокруг определённого гена, чтобы "включить" его.

Один из исследователей Джеймс Дэвисон (James M. Davison) сравнивал описанные участки генома в двух группах мышей: первая состояла из грызунов, у которых не было микроорганизмов в желудках, а вторая из животных с нормальной микрофлорой.

Учёный обнаружил, что большое количество энхансеров ведут себя иначе в присутствии микроорганизмов. Он также выяснил, что некоторые из этих участков ДНК связаны с белком Hnf4a, древним фактором транскрипции. Известно, что он "замешан" в течение ряда болезней человека, в том числе воспалительном заболевании кишечника, ожирения и диабета.

Сравнив геномные последовательности у различных видов животных, включая человека, мышей и рыбок данио-рерио, Дэвисон смог показать, что на протяжении эволюции Hnf4a, по всей видимости, защищал от развития воспалительного заболевания кишечника.

Исследователь продемонстрировал, что микробы способны частично блокировать Hnf4a у мышей и рыбок данио-рерио и, возможно, даже препятствовать его защитной роли. Когда Hnf4a полностью "отключен", бактерии стимулируют экспрессию генов в организме животных, которые связаны с развитием воспалительного заболевания кишечника.

"Мы обнаружили, что микробы оказывают ранее недооценивавшееся влияние на фактор транскрипции, занимающий важнейшее место в наследии человека как представителя царства животных. Но это также играет роль в развитии болезней человека", — говорит Дэвисон.

По его словам, исследование подобных эффектов у рыб и мышей, предполагает, что это является общим признаком взаимодействия между микробами и их "хозяевами", а, следовательно, оно же могло существовать у нашего общего позвоночного предка.

Исследователи до сих пор точно не знают, как микробы "отключают" Hnf4a, но у них есть ряд гипотез, объясняющий этот факт. Например, микробы могут каким-то образом блокировать места прикрепления белка к ДНК.

Учёные также не могут сказать, существуют ли определённые "отряды" микробов, которые являются более искусными манипуляторами, чем другие. Ролз считает, что, если им удастся это выяснить, то можно будет говорить о новых фармацевтических стратегиях, направленных на восстановление защитных свойств Hnf4a с целью укрепления здоровья человека.

Источник: научное издание Genome Research.


Дополнительная информация для интересующихся тематикой

Ген-хромосома-геном

ГЕН

Ген — это структурно-функциональная единица наследственности живых организмов. Он представляет из себя определенный участок ДНК, несущий целостную информацию о строении одной конкретной белковой молекулы или одной молекулы функциональной рибонуклеиновой кислоты. Эти, кодируемые генами молекулы, определяют развитие, рост и функционирование организма в целом.

Понятие гена не ограничено только кодирующим участком ДНК, но включает в себе так называемые промоторы — участки ДНК, регулирующие процессы синтеза продуктов, информация о которых закодированна в этих генах. Он представляет из себя целостную структуру и неделим в функциональном отношении.

ХРОМОСОМА

Хромосомы — это нуклеопротеидные структурно-функциональные образования, локализованные в ядрах эукариатических клеток.

Функция хромосом заключается в хранении и рализации наследственной информации и, что наиболее важно, в передаче этой информации от поколения к поколению.

В структурном отношении хромосома представляет собой одну длинную молекулу двуцепочечной ДНК (от 47 до 250 млн. пар оснований) плотно накрученную на гистоновых белках. Каждая хромосома содержит множество уникальных генов, характерных исключительно для данной хромосомы.

В клетках организмов, размножающихся половым путем, любая хромосома представлена двумя гомологами. Один из гомологов каждой пары является отцовской хромосомой, другой — материнской.

Полная генетическая информация (геном) каждого человека хранится в 23-х парах хромосом, которые различаются размерами и формой. 23-я пара хромосом определяет пол носителя хромосомного набора.

У женщин 23-я пара состоит из двух X-хромосом (XX). Одна Х-хромосома наследуется от матери, другая от бабушки по отцовской линии.

У мужчин 23-я пара состоит из одной Х-хромосомы и одной Y-хромосомы (XY), которые наследуются от матери и отца соответственно.

Х-хромосома человека содержит около 150 милионов пар оснований, что составляет около 5% ДНК женщины, и 2.5% ДНК мужчины. Х-хромосома содержит более 1400 генов, в то время как Y-хромосома несет всего 78 генов.

На рисунке представлена схематическая картина хромосомного набора (кариограммы) мужчины. Это изображение 23-х пар хромосом, которые окрашены и пронумерованны по мере убывания их размера. Свидетельством того что, данная кариограмма принадлежит мужчине является наличие в 23-ей паре Yхромосомы.

Контактный участок хромосомной пары, называемый — центромера, делит каждую хромосому на 2 плеча. Одно из них — длинное плечо обозначается символом q, другое короткое плечо — символом p.

Для более детального картирования хромосом они окрашиваются по стандартизованной методике с помощью специальных красителей. При окрашивании этим методом каждая хромосома приобретает характерную только для нее уникальную полосатую окраску. Каждая относительно широкая полоса данной хромосомы состоит из ряда цветных полосок. Все эти полоски, входящие в состав широкой полосы нумеруется, что позволяет с помощью оптического микроскопа достаточно точно дифференцировать конкретные локусы хромосомы. Например, локализация гена метилентетрагидрофолат редуктазы (MTHFR) обозначается как 1p36.22. Это означает, что данный ген расположен на коротком плече (p) хромосомы 1 на 22 полосе 36 участка этой хромосомы.

xromosoma-1

ГЕНОМ

Геном человека — совокупность наследственного материала, заключенного в клетке человека. Человеческий геном состоит из 23 пар хромосом, находящихся в ядре. Вся геномная ДНК человека содержит примерно 3 млрд пар оснований.

В результате секвенирование всей совокупности геномной ДНК установлено, что человеческий геном содержит 25-30 тыс. активных генов, кодирующих белки и функциональные РНК, что составляет только 1,5 % всего генетического материала. Остальная часть является некодирующей ДНК, которую часто называют «мусорной ДНК».

Геном человека состоит из 23 пар хромосом, где каждая хромосома содержит сотни генов, разделённых межгенным пространством. Межгенное пространство содержит регуляторные участки и некодирующую ДНК.

В человеческом геноме содержится множество регуляторных участков, функция которых заключается в контроле экспрессии генов (процесс синтеза матричной РНК по участку молекулы ДНК). Регуляторные участки это обычно короткие последовательности, находящиеся либо рядом с геном, либо внутри гена. Иногда они находятся на значительном расстоянии от гена (энхансеры).

xromosoma-2


Комментарии


Комментариев пока нет

Пожалуйста, авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий.
Я согласен(на) на обработку моих персональных данных. Подробнее
Пожалуйста, авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий.

Авторизация
Введите Ваш логин или e-mail:

Пароль :
запомнить