Žarnyno bakterijos padeda Japonijos dumblių dumbliams • Aleksandras Markovas • Mokslo naujienos "Elementai" • Genetika, evoliucija

Žarnyno bakterijos padeda Japonijos virškinti dumblius

Raudonieji jūros dumbliai Porfira (nori) yra populiarus sushi maisto produktas Japonijoje. Japonija vidutiniškai maitina 14,2 g nori per dieną. Nuotraukos iš microbewiki.kenyon.edu ir www.quickspice.com

Žarnyno flora padeda žinduoliams virškinti augalinės kilmės angliavandenius. Mūsų dietos ypatybės lemia žarnyno bakterijų raida. Prancūzijos mokslininkai nustatė, kad japonų žarnyne gyvenantys mikrobai gamina specialius porfirano skaidymo fermentus. Šis angliavandenis randamas raudonose dumblėse, kurios Japonijoje jau seniai yra svarbi dietos dalis. Porfiranazės fermentų genai buvo pasiskolinti japonų žarnyno mikrobų iš jūrų bakterijų per horizontalų genetinį mainus. Bakterijos iš amerikiečių žarnų neturi tokių genų.

Žmogaus ir kitų primatų genome nėra genų, reikalingų daugelio augalų polisacharidams, kurie yra svarbi mūsų dietos sudedamoji dalis, asimiliacijai. Problema išsprendžiama simbiozinėmis žarnyno bakterijomis, kurių genomais yra tie genai, kurių mums trūksta (žiūrėkite: Žarnyno mikroflorija paverčia žmogų "superorganizmu", "Elementai", 2006 06 09).

Jūros dumblių sudėtyje yra specialių sulfatuotų angliavandenių, kurių nėra žemės augaluose. Kai kurios jūrinės heterotrofinės bakterijos šeriamos šiais angliavandeniais, įskaitant Zobellia galactanivorans iš Bacteroidetes grupės. Fermentai, kuriais bakterijos suskaido sulfatuotus angliavandenius, dar nebuvo žinomi. Bakterijų genomo tyrimas Z. galactanivorans, Prancūzų mokslininkai atrado penkis genus, kurie, spręsdami pagal jų nukleotidų seką, galėtų koduoti tokius fermentus. Du iš šių genų buvo persodinami į E. coli, kuris leido mums izoliuoti jų užkoduotus fermentus jų gryna forma ir ištyrinėti jų savybes. Pasirodo, kad iš visų augalų polisacharidų šie fermentai suskaido tik porfiraną, sulfatintus angliavandenius, esančius porfyruose ir kituose raudonųjų dumblių. Taigi mokslininkai atrado naują fermentų klasę, kurią jie pavadino "porfiranais".

Kitas darbo etapas buvo trifazių porfiranazių struktūros tyrimas ir šių funkcijų, veikiančių šių fermentų centro funkcijų identifikavimas, kurie užtikrina selektyvų porfirano sujungimą.Paaiškėjo, kad aktyviame porfiranazės centre yra speciali "kišenė" sulfato grupei, kuriai nesusijusių angliavandenių suskaidyti susiję fermentai neturi.

Suprasti fermento struktūrą, mokslininkai sugebėjo atlikti didelio masto porfiranazių paiešką tarp Genbank saugomų sekvencinių nukleotidų sekų. Porfyranatai buvo randami keliose jūrų bakterijose, taip pat ir bakterijose Bacteroides plebeiusrasta žmogaus žarnyne. Literatūroje apibūdinamos 6 šios bakterijos štangos, kurios visos buvo aptinkamos Japonijos gyventojų. Yra žinomi 24 kitų genčių genomenai. Bacteroides kurie gyvena įvairių šalių žarnyne, tačiau nė vienoje iš šių bakterijų nėra porfiranozės ar kitų specializuotų fermentų, skirtų suskaidyti angliavandenių dumblius.

Išsamesnė genomo analizė Bacteroides plebeius parodė, kad šalia porfiranozės geno yra dar 16 genų, susietų su polisacharidų virškinimu. Tik šeši iš jų buvo susiję su kitais žarnyne esančiais genais Bacteroides. Likusieji 10 genų (įskaitant fermentų beta-galaktozidazės, beta-agarazės ir sulfatazės genus), tokie kaip genfporfirazė,labiausiai panaši į jūrų bakterijų genus, kurie maitina dumblius polisacharidus. Tai reiškia, kad žarnyno bakterijos Bacteroides plebeius įgijo genų kompleksą, būtiną dumblių polisacharidams suskaidyti iš jūrų bakterijų per horizontalų genetinį mainus. Visiškai atitinka šią išvadą netoli tyrinamų genų genome Bacteroides plebeius yra specializuoti genai, dalyvaujantys horizontalaus mainų (žr. relaxase).

Autoriai, tiriami metagenominės žarnyno floros analizės metodu 13 Japonijos ir 18 Šiaurės Amerikos savanorių. Porfiranozės ir agarazės buvo rasta keturiuose Japonijos piliečiuose, įskaitant motiną ir jos krūties dukterį, o tai rodo galimybę perkelti specifines žarnyno bakterijas iš tėvų į palikuonis. Šiaurės Amerikos mėginyje nebuvo aptikta nei porfiranozės, nei agarazo.

Matyt, Japonijos žarnyno bakterijos galėjo skolintis naudingus genus iš jūrų mikroorganizmų, nes Japonijoje buvo įprasta valgyti šviežius dumblius. Noris (porfyras) yra vienintelis porfyrano šaltinis žmogaus mityboje.Japonai jau ankstyvųjų viduramžių valgė dumblius: 8-ojo amžiaus dokumentai buvo išsaugoti, iš kurių iš to galima daryti išvadą, kad dumbliams gali būti mokami mokesčiai į iždą. Tačiau keletas amžių ar tūkstantmečių yra nereikšmingai trumpas, palyginti su žolelių ir visogeninių žinduolių žarnyno floros dešimtimis milijonų metų. Šiuo atveju horizontalaus perdavimo faktą buvo lengva nustatyti, nes genetinis skolinimas įvyko palyginti neseniai. Labiausiai tikėtina, kad sausumos augalų polisacharidų virškinimo genus įgyja žarnyno bakterijos horizontaliu perdavimu, tačiau tai daug sunkiau įrodyti prieš daugelį metų.

Tyrimas parodė, kad žmonės net istoriniu laiku neprarado galimybės greitai prisitaikyti prie savo dietos pokyčių ir mokytis naujų biocheminių funkcijų. Šiuo atveju adaptacija atsirado dėl žarnyno simbiontų genetinių pokyčių, tačiau kitose situacijose prisitaikymas gali atsirasti ir nustatant mutacijas mūsų pačių genomoje. Tipiškas pavyzdys yra mutacijos paplitimas,leidžiant suvartoti pieno cukraus laktozę iš žmonių, užsiimančių pieno auginimu (žr .: S. A. Borinskaya, genetinė įvairovė tautose). Abiem atvejais pasikeitęs žmonių elgesys (geriamo pieno papročio atsiradimas arba žaliavinių dumblių vartojimas) įtakojo atrankos kryptį ir prisidėjo prie mutacijų, kurios tiksliai naudingos tokiam elgesiui, fiksavimui. Šis mechanizmas, kuris gali prisidėti prie mokymosi gyvūnų evoliucijos, "prasmingumo" ir "tikslingumo" išvaizda yra žinomas kaip "Baldwin Effect" (daugiau apie tai žr. Ženėnų elgesio ir elgesio genų taisyklė, Elements, 2008.11.12. )

Šaltinis: Jan-Hendrik Hehemann, Gallle Correc, Tristan Barbeyron, William Helbert, Mirjam Czjzek, Gurvan Michel. Angliavandenių fermentų perkėlimas iš Japonijos bakterijų į Japonijos žarnų mikrobiotai // Gamta. 2010. V. 464. P. 908-912.

Taip pat žiūrėkite:
Žarnyno mikroflora paverčia žmogų "superorganizmu", "Elementai", 2006 06 09.

Aleksandras Markovas


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: