Циркадные ритмы микробиома и геном человека

Циркадные ритмы кишечного микробиома затрагивают весь геном человека

Суточная ритмика микрофлоры кишечника программирует колебания активности транскриптома хозяина

Прим. ред.: Транскрипто́м - совокупность всех транскриптов, синтезируемых одной клеткой или группой клеток, включая мРНК и некодирующие РНК. Понятие «транскриптом» может обозначать полный набор транскриптов в данном организме или специфический набор транскриптов (молекул РНК), представленный в клетках определённого типа. В отличие от генома, который, как правило, одинаков для всех клеток одной линии, транскриптом может сильно меняться в зависимости от условий окружающей среды. Ввиду того, что понятие транскриптом включает в себя все транскрипты данной клетки, он также отражает профиль экспрессии генов в данный момент времени.

Кишечная микрофлора чувствительна к суточным колебаниям, влияющим на ее состав и функции. Эти циркадные ритмы влияют на метаболический гомеостаз, но механизмы, с помощью которых ритмические изменения микробиоты влияют на разницу в активности хозяина, остаются неизвестными. В работе межнациональной группы исследователей использовались возможности различных омик и новые способы визуализации, которые позволили показать, что в основе колеблющихся биогеографических особенностей и паттернов метаболома лежат особенности микрофлоры кишечника, которые в течение дня осуществляют разное по силе воздействие на эпителий кишечника с помощью различных видов бактерий и их метаболитов.

Прим. ред.: Метаболом представляет собой совокупность всех метаболитов, являющихся конечным продуктом обмена веществ в клетке, ткани, органе или организме. Метаболомика - это научное изучение химических процессов, в которые вовлечены метаболиты.

В результате работы с мышами, питающимися в различном ритме, экспериментов с подавлением активности микробиома, посредством введения антибиотиков, и использования различных моделей мышей, авторам удалось показать, что суточные изменения в поведении членов микробиома, в свою очередь, вызывают глобальное перепрограммирование в организме хозяина на разных уровнях. Эти изменения, в свою очередь, приводят к колебаниям в уровнях транскрипции, активности эпигенетических процессов и концентрациях метаболитов в организме животного.

Удивительно, но разрушение гомеостатического ритма, навязанного микробиомом, не только аннулирует нормальные колебания уровней транскрипции и изменяет состояние хроматина, но и порождает новые, затрагивающие весь геном, колебания активности процессов, происходящих как в кишечнике, так и в печени. Тем самым микробиом, посредством суточных колебаний, естественным образом влияет на физиологические процессы организма хозяина и на его восприимчивость к болезни, выступая в роли внутренних часов. Приём антибиотиков и нарушения дневного цикла пищевого поведения приводит к нарушению суточной ритмичности микрофлоры кишечника и создает временную десинхронизацию циркадных функций печени.

Авторы опубликованной в Cell работы полагают, что ритмика биогеографии и кишечного метаболома регулируют временную организацию и функциональный исход транскрипции и эпигенетических программ, происходящих в организме-хозяине. Знание механизмов адаптации активности периферических органов может оказаться полезным для понимания и лечения человеческих состояний, связанных с нарушением работы микробиоты и циркадных часов.

Источник:

Thaiss C, Levy M, Korem T et al. Microbiota Diurnal Rhythmicity Programs Host Transcriptome Oscillations. Cell. 2016 Dec 1;167(6):1495-1510.e12. doi: 10.1016/j.cell.2016.11.003.

По теме см. также:

Чем опасен джетлаг у бактерий

Исследователи раскрывают важность согласования биологических часов с циклами день-ночь