Среда доминирует над генетикой хозяина в формировании микробиома кишечника

Среда доминирует над генетикой хозяина в формировании человеческой микробиоты кишечника

Генетика или образ жизни: что именно формирует наш микробиом?

Понимание факторов, которые формируют наш микробиом, может иметь ключевое значение для диагностики и лечения многих распространенных заболеваний...

Состав микробиома кишечника человека формируется под воздействием разнообразных внутренних и внешних факторов, однако соотношение между генетическим вкладом и влиянием окружающей среды определить пока не удалось.

Многочисленные исследования уже подтвердили, что микробиом влияет почти на каждый аспект нашего здоровья, и что микробный состав, который меняется от индивидуума к индивидууму, может являться ключом ко многим изменениям в организме человека - от увеличения веса до смены настроения.

Некоторые исследователи микробиома предполагают, что такие изменения начинается с различий в наших генах, однако крупномасштабное исследование, проведенное в Институте наук Вейцмана (Weizmann Institute of Science), бросает вызов этой идее и свидетельствует о том, что связь между микробиомом и здоровьем может быть более значительной, чем мы думали.

Действительно, рабочая гипотеза заключается в том, что генетика играет важную роль в определении изменения микробиома среди людей. Согласно этой точке зрения, наши гены определяют среду, в которой находится наш микробиом, и каждая конкретная среда позволяет процветать определенным бактериальным штаммам. Однако исследователи из института Вейцмана были удивлены, обнаружив, что генетика хозяина играет очень незначительную роль в определении состава микробиома - на нее приходится только около 2% вариации между популяциями.

Исследование проводилось учеными: Дафной Ротшильд (Daphna Rothschild), доктором Омером Вайссбродом (Omer Weissbrod) и доктором Эладом Барканом (Elad Barkan) из лаборатории профессора Эрана Сегала (Eran Segal) Отделения компьютерных наук и прикладной математики совместно с членами группы профессора Эрана Элинава (Eran Elinav) Отделения иммунологии в Институте науки Вейцмана (Weizmann Institute of Science). Их результаты, которые недавно были опубликованы в Nature, были основаны на уникальной базе данных около 1000 израильтян, которые участвовали в исследовании персонализированного питания.

Прим. ред.: Суть концепции персонализированного питания заключается в том, что есть гены, которые влияют на ожирение, сытость и склонность к определенным болезням. Получило широкое распространение исследование, в котором приняли участие 1000 европейцев. Оно показало, что персонализированные диеты подтолкнули к здоровому образу жизни большее количество участников экспериментов по сравнению с эффектом от общих рекомендаций по диетическому питанию. Однако не все было так однозначно. Оказалось, что обычные предпочтения людей и их здравомыслие в еде давали аналогичные положительные результаты.

Израиль имеет очень разнообразное население, которое представляет собой идеальную экспериментальную обстановку для исследования влияния генетических различий. В дополнение к генетическим данным и данным о составе микробиомов информация, собранная для каждого участника исследования, включала его диетические привычки, образ жизни, используемые медикаменты, а также дополнительные измерения. Анализируя эти данные, ученые пришли к выводу, что диета и образ жизни на сегодняшний день являются наиболее доминирующими факторами, формирующими нашу композицию микробиома.

Если популяции микробиомов не сформированы нашей генетикой, как они, тем не менее, взаимодействуют с нашими генами, чтобы влиять на наше здоровье? Ученые исследовали все связи между микробиомом и измерениями в базе данных о холестерине, массе, уровне глюкозы в крови и других клинических показателях. Результаты исследования были очень удивительными: для большинства этих клинических мер связь с бактериальными геномами была по крайней мере столь же сильной, а в некоторых случаях более сильной, чем связь с геномом человека хозяина.

Авторы исследования заявляют: «Мы определяем термин "исследуемость биома" (biome-explainability) как дисперсию фенотипа хозяина, объясняемую микробиомом после учета вклада генетики человека. В соответствии с нашим выводом о том, что микробиом и генетика хозяина в значительной степени независимы, мы находим значительные уровни исследуемости биома (16-33%) в отношении индекса массы тела (ИМТ), глюкозы натощак, липопротеидов высокой плотности (ЛПВП), окружности талии, соотношения талии и бедер (waist-hip ratio, WHR) и потребления лактозы…»

«Мы также показываем, что данные микробиома существенно повышают точность прогнозирования фенотипов человека (его характеристик), например, таких как уровень глюкозы и ожирения, по сравнению с моделями, где используют только генетические и экологические данные. Иными словами вклад обоих источников данных в точность прогнозирования в значительной степени аддитивен. Эти результаты свидетельствуют о том, что изменения микробиома, направленные на улучшение клинических результатов, могут проводиться для различных генетических фонов. В целом, наши результаты показывают, что в составе микробиома человека преобладают факторы окружающей среды, а не генетика хозяина».

По мнению ученых, эти данные дают убедительные доказательства того, что знание факторов, которые формируют наш микробиом, может быть ключевым для понимания и лечения многих распространенных проблем со здоровьем.

Сегал: «Мы не можем изменить наши гены, но теперь мы знаем, что мы можем повлиять на форму и даже изменить состав различных бактерий, которые мы принимаем в наших телах. Таким образом, результаты нашего исследования весьма обнадеживают, они предлагают что наш микробиом может стать мощным средством улучшения нашего здоровья».

Область исследований микробиома относительно молода; база данных из 1000 человек, собранных в Институте Вейцмана, является одной из самых обширных в мире. Segal и Elinav полагают, что с течением времени, с последующим добавлением данных к их исследованиям и исследованиям других ученых, эти недавние результаты могут быть дополнительно подтверждены, и связь между нашим микробиомом, нашей генетикой и нашим здоровьем станет более ясной.

Источник: Материалы Weizmann Institute of Science

Статья в Nature: Environment dominates over host genetics in shaping human gut microbiota

К разделу: МИКРОБИОМ