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.

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 эволюционировали в мире, который уже был наполнен микробами. И сегодня эти одноклеточные микроорганизмы покрывают практически всю поверхность нашего тела. Они регулируют наш метаболизм и, как оказалось, даже способны контролировать действия 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.

Результаты работы опубликованы в научном издании Genome Research.

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