Микроорганизмы, обитающие внутри животных, могут манипулировать своими «хозяевами» на молекулярном уровне, запуская те или иные механизмы экспрессии генов. Последнее, в свою очередь, способно внести значительный вклад и в развитие болезней, и в сохранение здоровья. Об этом сообщается в новом исследовании. Работа была проведена с использованием рыбок данио-рерио и клеточных культур из организма мышей, но её результаты могут помочь лучше понять природу воспалительных заболеваний кишечника человека, например, болезни Крона и язвенного колита.
Все животные — от морских губок до современного человека — эволюционировали в мире, населённом микробами. Эти одноклеточные организмы сегодня покрывают практически каждый сантиметр поверхности наших тел. Их вполне можно назвать частью человеческой анатомии — такой же, как наши собственные органы и ткани. Микробы «обучают» нашу иммунную систему, регулируют наш обмен веществ и даже влияют на поведение.
Группа учёных из Университета Дьюка (Duke University) обнаружила, что микроорганизмы способны управлять работой организма животных-хозяев, на молекулярном уровне изменяя экспрессию определённых генов. Результаты исследования были опубликованы в издании Genome Research.
«Полученные нами сведения позволяют предположить, что старейшие части нашего генома и моменты взаимодействия с микробами, произошедшие много лет назад, имеют отношение к болезням, которые существуют сегодня», — рассказывает ведущий автор исследования Джон Ролз (John Rawls), доцент микробиологи и молекулярной медицины Университета Дьюка.
В последние годы учёные обнаружили множество связей между нашей микробиотой — совокупностью присутствующих в организме бактерий, вирусов и грибков — и широким спектром различных заболеваний, от анорексии до диабета. Но Ролз полагает, что в понимании механизмов, через которые микробы воздействуют на здоровье и вызывают болезни, всё ещё остаётся немало пробелов.
В своей работе Ролз использовал подход, который он сам называет «эволюционной консервацией». В рамках этого подхода предполагается, что изучение генетических особенностей относительно далёких от человека видов может помочь разобраться в человеческих болезнях.
Работая над новым исследованием, учёный изучал влияние, которое микробиота может оказывать на геном животных. Для этого потребовалось проанализировать участки генома, управляющие включением и выключением генов. ДНК некоторых из таких участков упакована в плотные структуры, делающие невозможным её прочтение. Другие, так называемые «гены-усилители» или «энхансеры», для включения гена нуждаются в прикреплении специальных белков, факторов транскрипции.
Соавтор исследования, постдок Джеймс Дейвисон (James Davison), занимался сравнением таких участков генома. Часть материала была получена у мышей, родившихся и выросших без собственной микробиоты, а часть — у обычных мышей, чьи ЖКТ были заселены микроорганизмами. Оказалось, что в присутствии микробов многие гены-усилители ведут себя не так, как в стерильных условиях. В частности, некоторые обнаруженные гены оказались ассоциированы с белком Hnf4a, древним фактором транскрипции, связанным с рядом болезней человека, например, с воспалительными заболеваниями кишечника, ожирением и диабетом.
Сравнив геномные последовательности различных видов (в том числе, человека, мыши и рыбы данио-рерио), Дейвисон пришёл к выводу, что в ходе эволюции белок Hnf4a, по-видимому, стал играть защитную роль — он начал предотвращать развитие воспалительных процессов в кишечнике в ответ на присутствие микробиоты. Однако некоторые микроорганизмы оказались способны «выключать» этот защитный белок, нарушая его работу. Когда белок оказывался полностью «выключен», микроорганизмы активировали экспрессию генов, связанных с развитием воспалительных заболеваний кишечника у животных.
«Мы обнаружили, что микробы оказывают ранее недооценивавшееся влияние на фактор транскрипции, занимающий особое место в наследии человека как представителя царства животных. Этот фактор также определённо играет роль в развитии наших болезней, — рассказывает Дейвисон. — Поскольку сходные механизмы были обнаружены и у рыб, и у мышей, можно предположить, что этот тип взаимодействия между микробами и организмом-хозяином возник ещё у нашего общего позвоночного предка».
Исследователи всё ещё не выяснили, как именно микробы «выключают» белок Hnf4a, но уже сформировали ряд гипотез на этот счёт. Например, микроорганизмы могут каким-то образом блокировать места прикрепления этого белка к ДНК или модифицировать сам белок, лишая его способности прикрепляться к ДНК. Неизвестно также, существуют ли отдельные группы микробов, более склонные к подобным манипуляциям, чем прочие. Ролз сообщает, что, если учёным удастся найти ответы на эти вопросы, это может привести к появлению новых терапевтических стратегий, направленных на возвращение белку Hnf4a способности защищать человеческое здоровье.
