Серые кардиналы: микробы способны контролировать работу генов своего хозяина

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

Иллюстрация James M. Davison.

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.

Результаты работы опубликованы в научном издании Genome Research.

Кстати, ранее сообщалось о том, что беспозвоночные миллиарды лет переносили полторы тысячи неизвестных науке вирусов.