Культура клітин кишечника миші. Зеленим підсвічується захисний білок Hnf4a, що знаходиться всередині ядер клітин.
Мікроорганізми, що мешкають всередині тварин, можуть маніпулювати своїми «господарями» на молекулярному рівні, запускаючи ті чи інші механізми експресії генів. Останнє, в свою чергу, здатне внести значний внесок і в розвиток хвороб, і в збереження здоров'я. Про це повідомляється в новому дослідженні. Робота була проведена з використанням рибок даніо-реріо і клітинних культур з організму мишей, але її результати можуть допомогти краще зрозуміти природу запальних захворювань кишківника людини, наприклад, хвороби Крона і виразкового коліту.
Всі тварини - від морських губок до сучасної людини - еволюціонували в світі, населеному мікробами. Ці одноклітинні організми сьогодні покривають практично кожен сантиметр поверхні наших тел. Їх цілком можна назвати частиною людської анатомії - такою ж, як наші власні органи і тканини. Мікроби «навчають» нашу імунну систему, регулюють наш обмін речовин і навіть впливають на поведінку.
Група вчених з Університету Дьюка (Duke University) виявила, що мікроорганізми здатні керувати роботою організму тварин-господарів, на молекулярному рівні змінюючи експресію певних генів. Результати дослідження були опубліковані у виданні Genome Research.
«Отримані нами відомості дозволяють припустити, що найстаріші частини нашого геному і моменти взаємодії з мікробами, що відбулися багато років тому, мають відношення до хвороб, які існують сьогодні», - розповідає провідний автор дослідження Джон Ролз (John Rawls), доцент мікробіологи і молекулярної медицини Університету Дьюка.
В останні роки вчені виявили безліч зв'язків між нашою мікробіотою - сукупністю присутніх в організмі бактерій, вірусів і грибків - і широким спектром різних захворювань, від анорексії до діабету. Але Ролз вважає, що в розумінні механізмів, через які мікроби впливають на здоров'я і викликають хвороби, все ще залишається чимало прогалин.
У своїй роботі Ролз використовував підхід, який він сам називає «еволюційною консервацією». У рамках цього підходу передбачається, що вивчення генетичних особливостей відносно далеких від людини видів може допомогти розібратися в людських хворобах.
Працюючи над новим дослідженням, вчений вивчав вплив, який мікробіота може чинити на геном тварин. Для цього потрібно було проаналізувати ділянки геному, керуючі включенням і вимиканням генів. ДНК деяких з таких ділянок упаковано в щільні структури, що унеможливлюють її прочитання. Інші, так звані «гени-підсилювачі» або «енхансери», для включення гена потребують прикріплення спеціальних білків, факторів транскрипції.
Співавтор дослідження, постдок Джеймс Дейвісон (James Davison), займався порівнянням таких ділянок геному. Частина матеріалу була отримана у мишей, що народилися і виросли без власної мікробіоти, а частина - у звичайних мишей, чиї ЖКТ були заселені мікроорганізмами. Виявилося, що в присутності мікробів багато генів-підсилювачів поводяться не так, як у стерильних умовах. Зокрема, деякі виявлені гени виявилися асоційовані з білком Hnf4a, стародавнім фактором транскрипції, пов'язаним з низкою хвороб людини, наприклад, із запальними захворюваннями кишечника, ожирінням і діабетом.
Порівнявши геномні послідовності різних видів (в тому числі, людини, миші і риби даніо-реріо), Дейвісон прийшов до висновку, що в ході еволюції білок Hnf4a, мабуть, став грати захисну роль - він почав запобігати розвитку запальних процесів в кишечнику у відповідь на присутність мікробіоти. Однак деякі мікроорганізми виявилися здатні «вимикати» цей захисний білок, порушуючи його роботу. Коли білок виявлявся повністю «вимкнений», мікроорганізми активували експресію генів, пов'язаних з розвитком запальних захворювань кишечника у тварин.
"Ми виявили, що мікроби роблять раніше недооцінений вплив на фактор транскрипції, що займає особливе місце в спадщині людини як представника царства тварин. Цей фактор також певно відіграє роль у розвитку наших хвороб, - розповідає Дейвісон. - Оскільки подібні механізми були виявлені і у риб, і у мишей, можна припустити, що цей тип взаємодії між мікробами і організмом-господарем виник ще у нашого спільного хребетного предка ".
Дослідники все ще не з'ясували, як саме мікроби «вимикають» білок Hnf4a, але вже сформували ряд гіпотез на цей рахунок. Наприклад, мікроорганізми можуть якимось чином блокувати місця прикріплення цього білка до ДНК або модифікувати сам білок, позбавляючи його здатності прикріплюватися до ДНК. Невідомо також, чи існують окремі групи мікробів, більш схильні до подібних маніпуляцій, ніж інші. Ролз повідомляє, що, якщо вченим вдасться знайти відповіді на ці питання, це може призвести до появи нових терапевтичних стратегій, спрямованих на повернення білку Hnf4a здатності захищати людське здоров'я.