Žarnyno mikroflorija šiek tiek priklauso nuo šeimininko genotipo, tačiau yra glaudžiai susijusi su jo fenotipu • Aleksandras Markovas • Mokslinės naujienos apie "Elementus" • Genetika, medicina, mikrobiologija

Žiurkių mikroflora labai nedaug priklauso nuo šeimininko genotipo, tačiau yra glaudžiai susijusi su jo fenotipu.

Pav. 1. Duomenys apie Izraelio imties kilmę yra susiję su genetiniais duomenimis, bet ne su žarnyno mikrobiota. Kairėje: mėginio genetinės įvairovės analizė naudojant pagrindinį komponento metodą. Galima suprasti, kad skirtingos kilmės grupės (Ashkenazi, Jemeno žydai ir kt.) Diagramoje yra atskirų grupių. Tai reiškia, kad grupių genetiniai skirtumai yra skirtingi, o dalyviai pateikė tikros informacijos apie jų kilmę. Dešinėje: panaši diagrama pagrįsta ne genetika, o žarnyno mikrobiota. Skirtumai, atitinkantys skirtingos kilmės grupes, nėra. Tai reiškia, kad nėra glaudus ryšys tarp žmogaus genotipo ir mikrobiota kompozicijos. Paveikslėlis iš aptariamo straipsnioGamta

1046 izraeliečių ir 836 olandų žarnyno mikrobioto sudėties su genotipo, gyvenimo būdo ir fenotipinių savybių palyginimas parodė, kad žarnyno mikrobų populiacija labai mažai priklauso nuo šeimininko genotipo ir daugiausia priklauso nuo aplinkos veiksnių. Tuo pat metu mikrobiota sudėtis yra labai koreliuota su daugeliu fenotipinių savybių, kurios yra svarbios medicininiu požiūriu.Kaip paaiškėjo, atsižvelgiant į žarnyno mikrobiota sudėtį, galima numatyti kai kurių savybių būklę su maždaug tokiu pat tikslumu kaip ir genotipas, o jei atsižvelgiame tiek į genus, tiek į mikrobiotą, prognozavimo tikslumas padvigubėja. Rezultatai pabrėžia, kad svarbu mokytis žarnyno bakterijų, įskaitant individualizuoto medicinos vystymąsi.

Idėja, kad dauguma daugelio elementų yra "simbioziniai superorganizmai", kurių daugumą savybės lemia mikroskopiniai simbiontai, vis dažniau naudojami biologiniame gyvenime. "Elements" ne kartą kreipėsi į šią temą (žr. Nuorodas naujienų pabaigoje).

Pastaraisiais metais labai aktyviai buvo ištirta žmogaus žarnyno mikrobiota ir jos daugialypiai ryšiai su mums svarbiais fenotipiniais požymiais (įskaitant įvairių ligų riziką), tačiau kai kurie esminiai klausimai vis dar lieka neišspręsti. Vienas iš jų yra mikrobiota paveldimumo laipsnis, tai yra, kiek žarnyno mikrobų populiacijos sudėtis priklauso nuo žmogaus genų ir kurioje yra "aplinka" plačiąja prasme, ty mityba, gyvenimo būdas, vartojami vaistai ir visa kita.

Anksčiau buvo bandoma įvertinti mikrobiota paveldimumą ir rasti konkrečius genus, turinčius įtakos jo sudėčiai (įskaitant asociacijų paiešką genomų paieškai žr. GWAS). Šie tyrimai atnešė prieštaringų rezultatų. Viena vertus, žmogaus genomoje buvo rasta daugybė polimorfinių lokių, kurie, atrodo, koreliuoja su tomis ar kitomis žarnyno mikrobioto savybėmis. Kita vertus, nustatytų koreliacijų statistinis patikimumas paprastai buvo mažas, o skirtinguose tyrimuose rastų genų rinkiniai pasirodė esantys įtartinai skirtingi.

Didžioji biologų komanda iš kelių Izraelio mokslo institucijų, bendradarbiaudama su kolegomis iš Nyderlandų, atrodo, yra didžiausias šiuo metu atliktas tyrimas, siekiant išsiaiškinti prieštaringą genų ir aplinkos įtaką mūsų žarnų mikrobų populiacijai.

Pagrindinis tyrimas buvo atliktas su 1046 Izraelio imtuvais, o rezultatai buvo palyginti su anksčiau gautų duomenų apie 836 Nyderlandų gyventojus.

Kiekvienam asmeniui, naudojant metagenominę analizę (žr. "Metagenomics"), labai tiksliai nustatoma žarnyno mikrobiota kokybinė ir kiekybinė sudėtis.Visi subjektai buvo genotipuojami 712540 polimorfinių lokių (žr.: "Single-nucleotide polymorphism"), kuris, atsižvelgiant į šią užduotį, mažai skiriasi nuo skaitymo visiškų genomų. Kiekvienam asmeniui buvo surinkta informacija apie daugybę fenotipinių savybių (pvz., Aukštis, svoris, juosmens dydis, glikemijos indeksas, cholesterolio kiekis ir tt), taip pat dieta (tiriamieji turėjo pasakyti apie savo mitybos įpročius, kurie, taip pat gali būti laikomi fenotipiniais požymiais). Be to, dalykai turėjo pasakyti, iš kur atvyko visi jų seneliai. Tai leido Izraelio pavyzdį suskirstyti į šešias dalis pagal kilmės šalį (Ashkenazi, Sephardic, imigrantai iš Jemeno, Šiaurės Afrikos, Artimųjų Rytų ir paskutinis, nacionalinė komanda, grupė "kita", įskaitant ir mišraus pobūdžio žmones).

Pirmiausia autoriai palygino kilmės duomenis su genotipais. Įvairių kilm ÷ s grup ÷ s sudar ÷ aiškias grupes po alelių rinkinius, kaip tik ÷ tų (1 pav., Kair ÷ je). Tai atitinka idėją, kad egzistuoja genetiniai skirtumai tarp Ashkenazi, Sephardic ir kt., Ir kad žmonės pateikė teisingą informaciją apie jų kilmę.Be to, žmonės su mišraus kilme parodė stiprią teigiamą koreliaciją tarp kilmės panašumo ir genotipo panašumo. Tuo pačiu metu nėra jokio ryšio tarp žmogaus kilme ir jo žarnyno mikrobiota (1 pav., Dešinėje). Visų pirma, tarp kilmės panašumo ir mikrobiota panašumo nėra sąsajų. Tai pasakytina ir apie integruotas mikrobiota savybes, tokias kaip jos bendroji taksonominė įvairovė, ir tam tikrų mikroorganizmų grupių gausa. Iš to išplaukia, kad mikrobiota savybių paveldimumas (ty jų priklausomybė nuo individo genų), jei toks yra, nėra pernelyg didelis.

Tačiau neseniai atliktas tyrimas, atliktas iš 1126 porų dvynių iš Jungtinės Karalystės (žr. Tyrimą "Dvivietis"), parodė 33 žymių paveldimumo žarnyno mikroorganizmų taksonus (J. K. Goodrich ir kt., 2016. Grybų mikrobiomų genetiniai veiksniai Jungtinėje Karalystėje dvynėse). Ar šie rezultatai prieštarauja vieni kitiems? Autoriai iš naujo apdorojo duomenis iš darbo 2016 m. Ir nustatė, kad visos nustatytos "paveldėtų" mikrobų grupės sudaro tik 5,6% žarnyno mikrobų populiacijos. Atsižvelgiant į šią aplinkybę paaiškėja, kad šeimininko genotipas paaiškina tik nuo 1,9 iki 8,1% žarnyno mikrobioto sudėties kintamumo.Toks didelis išsibarstymas paaiškinamas tuo, kad šioje byloje reikalingų statistinių kriterijų sunkumo klausimas nėra visiškai aiškus. Tačiau bet kuriuo atveju paaiškėja, kad žarnyno mikrobiota paveldėjimo požymis yra mažas, palyginti su aplinkos veiksnių įtaka.

Tada autoriai bandė identifikuoti specifinius atskirus nukleotidų polimorfizmus, kurie koreliuoja su bet kokia žarnyno mikrobiota. Ankstesniuose tyrimuose buvo nustatyta keletas dešimčių polimorfizmų, kurie, atrodo, paveikė mikrobiotajos taksonominės sudėties individų skirtumus. Tačiau nauji duomenys nepatvirtino šios nuorodos. Be to, autoriai sugebėjo gauti argumentų už tai, kad anksčiau gauti rezultatai labiausiai tikėtini naudojamų statistinių metodų artefaktu ir neįrodo realių santykių buvimo.

Nors genotipo poveikis mikrobiotai nėra aptiktas visai visai mikrobų bendruomenei, bet kai kuriose lokyse vis dar yra reikšmingas, nors ir silpnas poveikis kai kurių genčių ir bakterijų tipų gausai. Su didžiausiu pasitikėjimu galime kalbėti apie keletą polimorfizmų, susijusių su pieno cukraus laktozės metabolizmu, poveikiu genetinių bakterijų gausumui Bifidobakterija. Ši išvada, kaip ir kiti tyrimo rezultatai, pirmą kartą buvo gauta iš Izraelio imties, o vėliau patvirtinta Nyderlanduose.

Papildomi argumentai dėl to, kad žarnyno mikrobiota daugiausia priklauso nuo aplinkos, o ne nuo žmogaus genų, pateikė duomenis apie su giminystės šaltiniais susijusius žmones, tačiau jie gyvena atskirai, taip pat kartu gyvenantiems nesusijusiems asmenims. Pasirodo, kad pirmuoju atveju žarnyno mikrobiota panašumo nepaauga, palyginti su vidutiniu lygiu, o antruoju atveju – žymiai padidėjo.

Išvada apie silpną žarnyno mikrobų populiacijos priklausomybę nuo šeimininkų genų kelia mokslininkams naujus klausimus, siekiant išsiaiškinti žarnyno mikrobioto sudėties santykinio stabilumo priežastis. Yra žinoma, kad žmogaus žarnyne gyvenanti mikrobų bendruomenė turi tam tikrą stabilumą, santykinai mažai keičiasi laikui bėgant ir netgi gali tam tikru mastu atlaikyti pasipiktinimus, susijusius su infekcijomis ir antibiotikais (CA Lozupone ir kt., 2012 m., Įvairovė, stabilumas ir elastingumas žmogaus žarnyno mikrobiota). Jei bendruomenės sudėtis tokia maža, tai priklauso nuo žmogaus genų (ir todėl turėtų priklausyti daugiausia nuo aplinkos), tuomet kyla klausimas, o tai užtikrina jo stabilumą.Atsakymas į šį klausimą turėtų paskatinti būsimus tyrimus, tačiau dabar jis lieka atviras.

Kita užduotis, kurią patyrė mokslininkai, buvo rasti ryšį tarp mikrobiota ir žmonių fenotipinių savybių. Tam buvo sukurtas kiekybinis rodiklis, kurį autoriai nurodė kaip b2 (pagal analogiją su paveldimumu, kuris tradiciškai vadinamas h2) Jei h2 – tai, paprasčiausiai tariant, kintamumo santykis, atsižvelgiant į tiriamos populiacijos genetinę kintamumą (ar tikslumą, kuriuo galima numatyti genotipo fenotipą), tada b2 – Tai yra vertybė, rodanti tikslumą, kuriuo galima prognozuoti žarnyno mikrobioenos fenotipą.

Skaičiai buvo atlikti atskirai Izraelio ir Nyderlandų pavyzdžių. Rezultatai rodomi lentelėje.

FenotipasSusisiekti su mikrobiota (b2),
Izraelio pavyzdys
Susisiekti su mikrobiota (b2),
Olandų pavyzdys
Paveldėjimas (h2),
pagal literatūros duomenis
Didelio tankio lipoproteinai35,9%27,9%23,9%-48%
Laktozės suvartojimas35,5%nėra duomenųnėra duomenų
Liemens apskritimo ilgis28,8%26%15%-24%
Šlaunies aplinkkelis27,1%28%10,6%-27%
Glikemijos indeksas24,5%nėra duomenųnėra duomenų
Kūno masės indeksas24,5%27,8%14%-32%Liemens ir klubų santykis23,9%6,9%12%-14%Gliukozės lygis21,9%8%9%-33%Glikozilintas hemoglobinas16,1%8,4%21%-32%Kreatininas12,3%6,7%19%-25%Augimas3,2%25,9%33%-68%Bendras cholesterolio kiekis0%13,5%14%-53%

Paaiškėjo, kad dauguma fenotipinių savybių gali būti "nuspėjama" dėl žarnyno mikrobiota sudėties su maždaug tokiu pat tikslumu kaip ir genomo. Svarbu, kad prognozės, pagrįstos žarnyno mikrobų populiacija ir šeimininko genomu, nebūtų pasikartojančios, tačiau papildytų viena kitą (tai turėtų būti daroma, nes mikrobiota labai silpnai susijusi su genais), todėl tuo pačiu metu atsižvelgiama į abu, todėl prognozavimo tikslumas gali būti padvigubintas.

Svarbus niuansas yra tai, kad tarp mikrobiota ir fenotipo rastos koreliacijos nieko nesako apie priežastinių santykių kryptį. Tai esminis veiklos rezultatų skirtumas. b2 ir h2. Genai veikia fenotipą, tačiau fenotipas neturi atvirkštinio poveikio genams. Todėl vertinkite vertę h2 paprastas: pirmame aproksimacija atspindi genų įtaką jėga. Mikrobiota yra neteisinga: ji gali paveikti fenotipą, tačiau fenotipas gali turėti įtakos mikrobiotai. Tai ypač akivaizdu apie fenotipines savybes, susijusias su valgymo elgesiu (kasdien vartojamos kalorijos, riebalai, angliavandeniai ir kt.).

Tačiau net jei mes nežinomekur yra priežastis, o pasekmė, kuri, rezultatai vis dar rodo, kad atsižvelgti į žarnyno mikrofloros sudėtį, atsižvelgiant į įvairių ligų ar prevencijos ir gydymo metodų parinkimo rizikos vertinimas gali būti ne taip svarbu, kaip atsižvelgti į genetinių savybių pacientui. Matyt, artimiausiais metais ši tendencija sparčiai vystysis, ir netrukus mes daug sužinokime apie žarnyno mikrobioto indėlį į mūsų fenotipo formavimąsi.

Šaltinis: Daphna Rothschild ", Omeras Weissbrod, Elad Barkan, Aleksandras Kurilshikov Tal Korem David Zeevi, Paulius I. Costea, Anastasija Godneva Iris N. Kalka, Noam Baras, Smadar Shilo Dar Lador, arnau VICH VILA, Niv Zmora, Meirav Pevsner- Fischer, Davidas Izraelio, Noa Kosower Gal Malka, šikšnosparnis Chen vilkas, Tali Avnit-Sagi Maya lotan-Pompan, Adina Weinberger, Zamir Halpern, Shai maitinate, Jingyuan Fu Cisca Wijmenga, Aleksandra Zhernakova, ERAN Elinav & ERAN Segal. Aplinkosauga dominuoja žmogaus genetoje, formuojant žmogaus žarnyno mikrobiotai. Gamta. Paskelbta internete 2018 m. Vasario 28 d. DOI: 10.1038 / nature25973.

Taip pat žiūrėkite:
1) Žarnyno mikroflora paverčia žmogų "superorganizmu", "Elementai", 2006 06 09.
2) Nutukimas gali būti užkrečiamas, "Elements", 2006 12 25.
3) Žarnyno bakterijos padeda japonams virti dumblius, "Elements", 2010-08-04.
4) Žarnyno disbiozės gydymas sumažina autizmo požymius, "Elements", 2013 12 12.
5) Ar žmogaus mikrobiomas veikia jo religingumą? "Elements", 2014 2 8.
6) Žarnyno bakterijos veikia pelių socialinį elgesį, "Elements", 2014-06-26.
7) patogeninių bakterijų pagerina jų aukų apetitą, padeda jiems išlikti, ir pats – skleisti, "Elements", 31.01.2017.

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