Гены меняют микробиом не только хозяина — крысы показали скрытый механизм через контакт

Интуиция упакована триллионами крошечных живых существ. Они помогают расщеплять пищу, тренировать иммунную систему и даже делать полезные химические вещества, необходимые вашему организму.

Все сообщество известно как микробиом кишечника, и он постоянно меняется в ответ на диету и лекарства. Что было труднее определить, так это то, насколько важны ваши гены. Вы наследуете ДНК от своих родителей, но вы также разделяете много жизни с другими людьми и животными.

Новое исследование на крысах предполагает, что эти силы взаимодействуют неожиданным образом. Кишечные микробы формируются не только собственными генами животного, но и генами его близких компаньонов, поскольку микробы распространяются через социальный контакт, что перекликается с тем, как социальные связи влияют на организм.

Почему гены кишечника трудно связать

Ученые в течение многих лет пытались сопоставить конкретные человеческие гены со специфическими кишечными бактериями. До сих пор только два гена были надежно связаны с кишечными бактериями.

Это ген лактазы, который влияет на переваривание молока микробов и определяет, могут ли взрослые переваривать молоко, и ген группы крови ABO, который влияет на микробы через неизвестные механизмы.

Это не значит, что остальная часть нашей ДНК не имеет значения. Это значит, что реальная жизнь беспорядочна. Люди не едят одни и те же блюда, они живут в разных местах, и они принимают разные лекарства. Даже друзья и семьи разделяют привычки.

Весь этот шум затрудняет понимание того, появляется ли микроб из-за чьих-то генов или из-за их повседневной среды.

Изучение кишечных бактерий у крыс

Чтобы получить более четкий ответ, исследователи использовали крыс, потому что они могут быть выращены в контролируемых условиях, все еще разделяя многие особенности биологии млекопитающих.

В ходе исследования были собраны генетические данные и данные микробиома 4 000 генетически уникальных крыс, взятых из четырех когорт, размещенных в разных учреждениях по всей территории Соединенных Штатов.

Это позволило проверить, остались ли шаблоны прежними, даже когда настройка изменилась.

Соавтор исследования доктор Абрахам Палмер является профессором кафедры психиатрии в Медицинской школе Калифорнийского университета в Сан-Диего.

"Вещи, которые живут в своем кишечнике, похожи, но не идентичны", — сказал доктор Палмер. "Нам было интересно узнать, повлияет ли генетическая изменчивость этих животных на то, что живет в их кишечнике".

"Это была прекрасная возможность, потому что все животные едят одну и ту же пищу, поэтому нам не нужно беспокоиться о том, что гены влияют на их микробиом через их выбор пищи, например. Это гораздо более простая система".

Генные регионы, которые продолжали появляться

В четырех когортах команда обнаружила три генетические области, которые последовательно влияли на кишечные бактерии, несмотря на различия в условиях выращивания.

Самая сильная связь связала St6gnac1, ген, который добавляет молекулы сахара в слизь кишечника, с Paraprevotella, бактерией, которая питается этими сахарами, и она была обнаружена во всех четырех когортах.

Исследователи также обнаружили область, содержащую несколько генов, которые помогают формировать защитный слой слизи, который коррелировал с бактериями Firmicutes.

Третья область включала Pip, ген, который кодирует антибактериальный пептид, и он был связан с Muribaculaceae, семейством бактерий, обычно встречающихся как у грызунов, так и у людей.

Кишечные бактерии перемещаются между животными

Гены не прыгают из одного тела в другое, но микробы могут. Исследование показало, что некоторые гены благоприятствуют определенным кишечным бактериям, и они могут распространяться через тесный социальный контакт, что означает, что генетическое притяжение одного животного к микробам может в конечном итоге повлиять на его товарищей по клетке.

"Это результат того, что генетические влияния распространяются на других через социальные контакты", — сказал старший автор исследования доктор Амели Бод.

"Гены формируют микробиом кишечника, и мы обнаружили, что важны не только наши собственные гены".

Исследователи оценили, сколько микробиома каждой крысы было объяснено ее собственными генами по сравнению с генами его матушек.

Они использовали вычислительную модель для отделения прямого генетического воздействия на микробы человека от косвенных эффектов, оказываемых социальными партнерами, чему способствовал тот факт, что крысы были назначены случайным социальным партнерам.

"Поскольку крысы в этом исследовании назначаются случайным социальным партнерам, мы устраняем все проблемы, которые у вас были бы у людей, которые в целом выбирают своих собственных социальных партнеров", — сказал доктор Палмер.

Генетический сигнал больше, чем ожидалось

Когда команда учитывала эти косвенные социальные эффекты, общее генетическое влияние в модели подскочило в четыре-восемь раз для трех недавно идентифицированных связей генно-микроба.

Они также обнаружили, что обилие некоторых видов Muribaculaceae было сформировано генетическими эффектами, которые распространяются социально через микробный обмен, подобно тому, как генетика влияет на здоровье и долголетие.

"Мы, вероятно, обнаружили только верхушку айсберга", — сказал Бод, отметив, что многие другие микробы могут быть идентифицированы по мере совершенствования методов профилирования.

Последствия для здоровья человека

Исследование указывает на простую идею с большими последствиями: генетика одного человека может распространяться через целую социальную группу, изменяя то, какие микробы становятся общими, а какие — нет.

Если что-то подобное происходит у людей, прошлые исследования могли бы недооценивать, насколько генетика способствует риску заболевания, когда микробы являются частью истории.

Соавтор исследования доктор Роб Найт объяснил, что детали будут отличаться у людей от того, что было найдено у крыс.

Тем не менее он отметил, что исследование указывает путь к пониманию механизмов того, как гены хозяина и микробов работают вместе, чтобы вызывать сложные заболевания, в которые вовлечен микробиом — от сердечно-сосудистых нарушений до ожирения и болезни Альцгеймера.