Žarnyno mikroflora paverčia žmogų "superorganizmu" • Aleksandras Markovas • Mokslinės naujienos apie "Elementus" • Genetika, biologija

Žarnyno mikroflorija paverčia žmogų „superorganizmu“

Vienas iš labiausiai paplitusių žarnyno floros, bakterijos atstovų Bifidobacterium longumgerai auga dirbtinėje aplinkoje. Daugelis kitų žarnų mikrobų yra tarp "nevalytų" (nuotrauka iš www.nyusankin.or.jp)

Iš žmogaus žarnyno išskiriamos mikrobinės DNR tyrimas leido Amerikos mokslininkams parodyti didelę žarnyno floros įvairovę ir jos svarbų vaidmenį metabolizme. Pasak mokslininkų, žmogus kartu su mikrobais, gyvenančiais jo žarnyne, yra vienas "superorganizmas". Šio superorganizmo metabolizmą daugiausia lemia fermentai, kurių genai lokalizuoti ne žmogaus chromosomos, bet simbiozinių mikrobų genomose.

Molekuliniuose biologiniuose tyrimuose pagrindinis sėkmės raktas yra geras objekto ir metodo pasirinkimas. Nauji veiksmingi metodai, sukurti konkrečių problemų sprendimui, staiga gali pasirodyti labai naudingi visiškai skirtingose ​​srityse. Būtent tai įvyko šiuo atveju.

Didelė biologų grupė iš šešių JAV mokslinių tyrimų institutų nustatė neįprastą naujausių technologijų, skirtų "perskaityti" įvairių genomų genomus, naudojimą.Mokslininkai šiuos metodus pritaikė DNR, išgautoms iš žmogaus išmatų, siekiant gauti bendrą žarnyno mikrofloros charakteristiką.

Manoma, kad suaugusio žarnyne yra daugiau kaip 1 kg mikroorganizmų, priklausančių šimtui skirtingų rūšių. Būtent jų rūšių sudėtis nėra žinoma. Mikrobiologai "matydami" žino tik keletą dešimčių tipiškų atstovų, kurie gali būti auginami ant dirbtinės terpės. Kaip paaiškėjo palyginti neseniai (ir šis atradimas buvo šokas mikrobiologams), dauguma gamtoje esančių mikroorganizmų neauga į dirbtinę terpę. Tokie mikrobai vadinami "nekultivuojamais". Žmonių žarnyne jie taip pat greičiausiai yra dauguma. Viskas apie šiuos mikrobus galima sužinoti tik iš DNR nukleotidų sekų, paimtų iš natūralios terpės.

Mokslininkai išskyrė DNR iš dviejų žmonių, kurie prieš metus nesiėmė jokių narkotinių medžiagų išmatų, ir atliko išsamų sekvenavimo darbą – nustatyti DNR fragmentų nukleotidų seką. Paskirtieji gabalėliai buvo surinkti į ilgesnius fragmentus, atsižvelgiant į galimų dalių sutapimą.sklypai. Rezultatas buvo apie 74 tūkst. Kartotinių vienetų, kurių bendras ilgis viršijo 78 milijonus bazinių porų. Palyginimui, žmogaus genomoje 2,85 milijardų bazinių porų, vienos bakterijos genome paprastai yra 2-5 milijonai bazinių porų.

Akivaizdu, kad tyrimo autoriai nesitikėjo gauti visų žarnyno mikrobų genomų. Norėdami tai padaryti, jie turės atlikti keletą kartų daugiau pastangų. Šiame etape jie tik norėjo gauti bendrą idėją apie mikrobų bendruomenės įvairovę, jos struktūrą ir, svarbiausia, metabolizmą. Ir už tai gautas genomo sekų pavyzdys pasirodė pakankamai pakankamas.

Toks radikalias požiūris į bendruomenių tyrimą – kiekvienas į vieną krūvą įkelti ir sugrąžinti – netgi turi specialų pavadinimą: "metagenominė analizė".

Kitame etape sekvencinėse sekose jie ieškojo žinomų funkcijų genų ir bandė nustatyti, kurie fragmentai priklauso bakterijoms ir kurie yra archeos. Dėl to sekos buvo palygintos su žinomomis, ty bakterijų ir archeų genais, įvestu į duomenų bazes, taip pat su visais jų genomais.Ribosomos RNR (16S) genai, tradiciškai klasifikuojami kaip mikrobai, buvo analizuojami atskirai.

Ribosominės RNR genų "aiškaus formos" atveju tik 72 bakterijų rūšys (iš jų 60 neaiškios ir 16 naujų mokslų) ir vienos rūšies archeos (metanogenas Metanobrevibacter smithii), tačiau autoriai statistiškai patvirtino, kad jei būtų tęsiamas tų pačių mėginių DNR sekos nustatymas, nustatytų mikrobų rūšių skaičius būtų bent 300. Autoriai priskyrė skirtingoms "veislėms" tas ribosominių RNR genų, turinčių panašių nukleotidų sekų neviršijo 97%.

Tyrėjai analizavo kiekybinį nustatytų mikrobų genų pasiskirstymą pagal funkcines grupes, siekdami rekonstruoti pagrindinius žarnyno floros "bendrojo metabolizmo" bruožus. Dėl to buvo palygintas genų, turinčių skirtingų funkcijų, santykis su visais skaitomais mikrobų genomais, palyginti su tiriamajame mėginyje.

Paaiškėjo, kad žarnyno mikrofloroje smarkiai padidėja genų dalis, susijusi su augalų polisacharidų, kai kurių amino rūgščių ir vitaminų metabolizmu, taip pat metanogenezei.Remiantis šia analize, autoriai nustatė svarbiausias metabolines funkcijas, kurias mikrobai veikia žmogaus žarnyne. Tai visų pirma yra augalų polisacharidų virškinimas, kurio negalima virškinti fermentais, koduojamais žmogaus genomoje. Šiais sunkiai absorbuojančiais angliavandeniais plinta fermentuojančios bakterijos, išskiriančios mažai molekulinės masės organines rūgštis (acetatą, propionatą, butyrate) kaip galutinius metabolizmo produktus. Tačiau tai, kad bakterijoms fermentatoriai yra atliekos, žmonėms tai yra visiškai "valgomosios" medžiagos, kurios aktyviai įsisavina žarnyno epitheliumą. Apskaičiuota, kad žmonės gauna apie 10% savo kalorijų iš šio neįprasto šaltinio (šis apskaičiavimas galioja tipiškos "Europos" dietos rėmėjams).

Be žmonių maistinių medžiagų, fermentatoriai taip pat išskiria molekulinį vandenilį kaip šalutinį produktą (H2), kuris yra kenksmingas sau ir trukdo jų augimui ir pragyvenimui. Norint, kad daržovių polisacharidai būtų virškinami efektyviai, jie turi atsikratyti susidariusio vandenilio. Tai yra tas, į kurį įtraukiamas methanogenas. Metanobrevibacter smithii ir galbūt kai kurie kiti arheos-metanogenu ir sulfatą mažinančios bakterijos. Metanogenezės metu vandenilis ir anglies dioksidas absorbuojami ir išmetamas metanas.

Žarnyno floros "kumuliaciniame genomei" žymiai padidėja genų procentas, susietas su esminių amino rūgščių ir vitaminų sinteze. Mikrobai labai palengvina žmogaus gyvybę, todėl gamina daug šių medžiagų, kurių mums reikia. Be to, žarnyno floroje yra didelis fermentų arsenalas neutralizuojant toksiškas medžiagas, esančias mūsų kasdieniniame maiste, ypač augaluose.

Taigi mikrobų genomai yra svarbus genomo papildymas Homo sapiens. Nors tai nėra būdinga šiandien paskelbtiems moksliniams darbams Vakaruose, šiuo atveju autoriai nusprendė filosofiškai apibendrinti. Jų nuomone, žmogus turėtų būti laikomas "superorganizmu", kurio metabolizmą užtikrina bendras koordinuotas fermentų, užkoduotų ne tik genomoje Homo sapiens, bet ir šimtų simbiozinių mikrobų rūšių genomose. Beje, žmogaus genų dalis šio "superorganizmo" agreguotame genome yra ne daugiau kaip 1%.

Šaltinis: Steven R. Gill ir kt. Žmogaus distalinio žarnyno mikrobiomo metagenominė analizė. Mokslas. 2006. V. 312. P.1355-1359.

Taip pat žiūrėkite:
Vegetatyvinių infekcijų vektorius gali būti žmogus, "Elements", 2005.2.22.

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: :???: :?: :!: