Структурное изменение в кишечном микробиоме влияет на здоровье хозяина

У ОДНОЙ И ТОЙ ЖЕ КИШЕЧНОЙ БАКТЕРИИ МОГУТ БЫТЬ РАЗНЫЕ СТРУКТУРНЫЕ ВАРИАНТЫ И ОТДЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА

Структурное изменение идентичных бактерий в кишечном микробиоме влияет на здоровье хозяина

Пим. ред.: Мы привыкли, что при описании полезных свойств определенных штаммов пробиотических микроорганизмов (которые используются в препаратах или в заквасках) всегда идет четкое перечисление синтезируемых ими полезных метаболитов, вплоть до их количества. Безусловно, при неизменной технологии производства (культивирования бактерий) и источнике получения чистых культур пробиотических микроорганизмов, их свойства остаются стабильными. К тому же, степень полезности тех или иных производственных штаммов остается неизменной и в силу видовой принадлежности - т.е., чтобы получить лактат, достаточно использовать молочнокислые бактерии, а например, чтобы получить витамин B12 или пропионат, следует использовать молочные пропионовокислые бактерии, для которых эти метаболиты обязательны. Однако микробных метаболитов довольно много и их продуцирование во многом зависит от среды обитания микроорганизмов. Более того, как оказалось, в кишечном микробиоме разных людей многие идентичные бактерии могут иметь разные способности к синтезу (не обязательно присущих виду) различных метаболитов.

Наш кишечный микробиом - комплемент бактерий, которые мы переносим в нашем кишечнике - связан со всем - от ожирения и диабета до болезней сердца и неврологических расстройств, и даже рака. В последние годы исследователи сортировали различные виды бактерий, которые населяют кишечный микробиом, и спрашивали, какие из них могут быть вовлечены в конкретные заболевания. Но статья, опубликованная 27 марта 2019 г. в журнале Nature, посвящена новому вопросу: «Что, если один и тот же микроб у разных людей разный?»

Давно известно, что геномы микробов не фиксированы с рождения, как у нас. Они могут потерять некоторые из своих генов, обменяться генами с другими микроорганизмами или получить новые из окружающей среды. Таким образом, детальное сравнение геномов, казалось бы, идентичных бактерий, позволяет выявить последовательности ДНК, которые встречаются в одном геноме, а не в других, или, возможно, последовательности, которые появляются только один раз в одном и несколько раз в других. Эти различия называются структурными вариантами. Структурные варианты - даже крошечные - могут привести к огромным различиям в способах взаимодействия микробов с их хозяевами. Вариантом может быть разница между доброкачественным и патогенным присутствием, или это может дать устойчивость бактерий к антибиотикам.

Доктора Дэвид Зиви (David Zeevi) и Таль Корем (Tal Korem), первоначально в лаборатории профессора Эрана Сегала (Eran Segal) в Институте Наук Вейцмана (Weizmann Institute of Science), а затем на своих нынешних должностях в Рокфеллеровском и Колумбийском университетах, разработали алгоритмы, которые систематически идентифицируют структурные варианты в микробиомах кишечника человека. Исследователи начали с микробиомов от почти 900 израильских субъектов (людей), в которых им удалось идентифицировать более 7000 вариантов. Затем они наладили сотрудничество с голландскими исследователями из Университета Гронингена в Нидерландах, и они искали эти варианты в микробиомах большой группы голландских субъектов. Большинство структурных вариантов, которые они идентифицировали у израильских подданных, также можно было найти среди голландских, несмотря на различия в генетике и образе жизни между группами.

Затем ученые спросили, связан ли какой-либо из выявленных ими структурных вариантов со здоровьем или болезнью. В группу вошло более 100 человек, которые были связаны с факторами риска заболевания. Многие из этих ассоциаций были снова воспроизведены в голландской когорте.

В одном случае, люди, которые имели определенный вариант, присутствующий в геноме конкретного микробного вида в их микробиоме, были на 6 кг легче и имели в среднем на 4 см более узкую талию, чем люди, которые имели тот же микроб - но тот, который не содержал этот конкретный вариант.

Затем ученые проанализировали гены, закодированные в этом варианте, и обнаружили, что они дают бактерии потенциальную способность превращать определенные сахара в вещество, называемое бутиратом. Бутират - это небольшая жирная кислота, которая пахнет как прогорклое масло (отсюда и название от древнегреческого «масло»); Несмотря на запах, бутират обладает противовоспалительным действием и оказывает положительное влияние на обмен веществ. По словам ученых, эта способность может помочь объяснить разницу в весе между теми, кто переносит бактерии со структурным  вариантом и  без него.

Полученные данные свидетельствуют о том, что метод, разработанный группой, может помочь исследователям точно определить связь между нашим микробиомом, здоровьем и заболеванием, что может быть упущено другими способами. «Реальный потенциал этого подхода, - говорит Зиви, - в том, что он позволяет нам искать реальные механизмы, стоящие за ассоциациями (взаимосвязями), которые мы находим».

По оценкам Сигала, в микробиоме кишечника человека могут быть десятки тысяч структурных вариантов, и тысячи из них могут быть связаны с заболеванием и риском заболевания. Поскольку состав микробиома был вовлечен в очень много различных синдромов и расстройств, это исследование может оказать значительное влияние на поиск лучших, более целенаправленных пробиотиков для лечения заболеваний.

Источник: Материалы предоставлены Weizmann Institute of Science 

Статьявжурнале: David Zeevi, Tal Korem, Eran Segal, et al. Structural variation in the gut microbiome associates with host health. Nature, 2019