Наши гены могут влиять на микробиом кишечника других людей. Новое исследование
Согласно исследованию на крысах, опубликованному в журнале Nature Communications, генетические особенности "соседей по клетке" способны влиять на состав кишечных бактерий друг друга. Иными словами, гены одного животного могут опосредованно воздействовать на микробиом другого. Анализ данных более чем четырех тысяч крыс показал, что микробиота кишечника формируется не только под влиянием собственных генов организма, но и генетических факторов тех особей, с которыми он совместно обитает.
Работа выявляет новый механизм взаимодействия между наследственностью и социальной средой. Хотя сами гены не могут передаваться от одного индивида к другому, это способны делать комменсальные микроорганизмы кишечника. Исследователи обнаружили, что определённые гены создают благоприятные условия для конкретных бактерий, которые затем могут распространяться между особями при тесном социальном контакте.
Кишечный микробиом представляет собой сложное сообщество из триллионов микроорганизмов, населяющих пищеварительный тракт и играющих важнейшую роль в переваривании пищи и поддержании здоровья организма. Хотя влияние питания и лекарственных препаратов на эти микробные сообщества хорошо изучено, вклад наследственных факторов остается значительно менее понятным. У человека на сегодняшний день надежно установлены связи кишечной микрофлоры лишь с двумя генами. Ген лактазы определяет способность взрослого организма усваивать молочные продукты и, соответственно, влияет на бактерии, участвующие в расщеплении молочного сахара. Ген системы групп крови ABO также связан с особенностями микробиома, хотя механизмы этого взаимодействия пока остаются неизвестными.
Вероятно, генетических взаимосвязей между организмом и микробами больше, однако подтвердить их сложно из-за тесного переплетения наследственности и среды. Генетические особенности могут определять пищевые предпочтения и образ жизни, которые, в свою очередь, формируют состав микробиома. При этом родственники и близкие люди часто делят общее пространство, пищу и микроорганизмы, что затрудняет разделение влияния генов и условий жизни. Чтобы обойти эти ограничения, ученые из Центра геномного регулирования и Калифорнийского университета в Сан-Диего использовали модель с лабораторными крысами. Эти животные во многом сходны с другими млекопитающими, но их можно содержать в строго контролируемых условиях, включая одинаковый рацион.
Все крысы были генетически различными и относились к одной из четырех популяций, размещенных в разных научных центрах США с отличающимися условиями содержания. Такой подход позволил проверить, сохраняются ли генетические эффекты вне зависимости от среды. Сопоставив генетические данные и информацию о составе кишечного микробиома более чем 4000 животных, исследователи выявили три геномных участка, стабильно влияющих на микрофлору кишечника во всех четырех группах.
Наиболее выраженная ассоциация была связана с геном St6galnac1, участвующим в добавлении сахарных молекул к кишечной слизи, и бактерией рода Paraprevotella, которая, как предполагается, использует эти сахара в качестве источника питания. Этот микроорганизм присутствовал у всех групп животных. Второй генетический участок включал несколько генов муцинов, формирующих защитный слизистый барьер кишечника, и коррелировал с бактериями из группы Firmicutes. Третий регион содержал ген Pip, кодирующий антибактериальное соединение, и был связан с бактериями семейства Muribaculaceae, широко распространенными у грызунов и встречающимися также у человека.
Крупный объем выборки дал возможность впервые определить, какая доля микробиома каждой крысы обусловлена ее собственными генами, а какая – генетическими особенностями других особей, с которыми она совместно содержится. Классическим примером подобного механизма, известного как косвенное генетическое влияние, является воздействие генов матери на рост или иммунитет потомства через среду, которую она для него формирует.
Строго контролируемые условия эксперимента с крысами позволили исследователям подойти к изучению этих эффектов принципиально по-новому. Авторы разработали вычислительную модель, которая разделяет прямое влияние генов животного на его микробиом и эффекты, опосредованные генами его социальных партнеров. Анализ показал, что численность некоторых бактерий семейства Muribaculaceae определялась как прямыми, так и косвенными генетическими факторами. Это означает, что часть генетических эффектов распространяется внутри группы через обмен микроорганизмами.
Когда эти социальные, или косвенные, влияния были учтены в статистической модели, суммарный вклад генетики для трех недавно выявленных связей между генами и микробами увеличился в четыре-восемь раз. По словам исследователей, даже эти оценки могут отражать лишь часть реального масштаба генетического воздействия.
