Laboratorijas žurkas ASV atklāja cilvēka zarnu noslēpumus 0 45

Saskaņā ar pētījumu uz žurkām, publicētu žurnālā Nature Communications, ģenētiskās īpatnības tiem, kuri dzīvo vienā būrī, spēj ietekmēt viens otra zarnu baktēriju sastāvu. Citiem vārdiem, viena dzīvnieka gēni var netieši ietekmēt cita mikrobomu. Analīze vairāk nekā četrus tūkstošus žurku datu parādīja, ka zarnu mikrobiota veidojas ne tikai paša organisma gēnu ietekmē, bet arī ģenētisko faktoru ietekmē no tām dzīvnieku vienībām, ar kurām tas kopīgi tiek turēts.

Darbs atklāj jaunu mijiedarbības mehānismu starp mantojumu un sociālo vidi. Lai gan paši gēni nevar tikt nodoti no viena indivīda otram, to spēj komensālās zarnu mikroorganismi. Pētnieki atklāja, ka noteikti gēni rada izdevīgus apstākļus konkrētām baktērijām, kuras pēc tam var izplatīties starp indivīdiem cieša sociālā kontakta laikā.

Zarnu mikroboms ir sarežģīta kopiena triljoniem mikroorganismu, kas apdzīvo gremošanas traktu un spēlē nozīmīgu lomu pārtikas sagremošanā un organisma veselības uzturēšanā. Lai gan uztura un medikamentu ietekme uz šīm mikrobu kopienām ir labi izpētīta, mantošanas faktoru ieguldījums paliek ievērojami mazāk saprotams. Cilvēkam līdz šim droši noteiktas tikai divu gēnu saites ar zarnu mikrofloru. Laktāzes gēns nosaka pieauguša organisma spēju sagremot piena produktus un attiecīgi ietekmē baktērijas, kas piedalās laktozes sašķelšanā. ABO asinsgrupu sistēmas gēns arī saistīts ar mikroboma īpatnībām, lai gan šo mijiedarbību mehānismi pagaidām nav zināmi.

Visticamāk, ģenētisko saikņu starp organismu un mikrobiem ir vairāk, taču tās ir grūti apstiprināt ciešā mantojuma un vides mijiedarbības dēļ. Ģenētiskās īpatnības var noteikt ēšanas preferences un dzīvesveidu, kas savukārt veido mikroboma sastāvu. Turklāt radinieki un tuvi cilvēki bieži dalās ar to pašu telpu, pārtiku un mikroorganismiem, kas apgrūtina gēnu un dzīves apstākļu ietekmes atdalīšanu. Lai apietu šos ierobežojumus, pētnieki no Genomu regulācijas centra un Kalifornijas Universitātes San Diego izmantoja laboratorijas žurku modeli. Šie dzīvnieki daudzos aspektos līdzinās citiem zīdītājiem, taču tos var turēt stingri kontrolētos apstākļos, tai skaitā ar vienādu uzturu.

Visas žurkas bija ģenētiski atšķirīgas un piederēja vienai no četrām populācijām, izvietotām dažādos ASV zinātniskajos centros ar atšķirīgiem turēšanas apstākļiem. Šāda pieeja ļāva pārbaudīt, vai ģenētiskie efekti saglabājas neatkarīgi no vides. Salīdzinot ģenētiskos datus un informāciju par zarnu mikrobioma sastāvu vairāk nekā 4000 dzīvnieku, pētnieki identificēja trīs genomiskus reģionus, kas stabilā veidā ietekmēja zarnu mikrofloru visās četrās grupās.

Visizteiktākā asociācija bija saistīta ar gēnu St6galnac1, kas piedalās cukura molekulu pievienošanā zarnu gļotādai, un Paraprevotella paveidu baktēriju, kas, kā tiek pieņemts, izmanto šos cukurus kā barības avotu. Šis mikroorganisms bija sastopams visās dzīvnieku grupās. Otrais ģenētiskais reģions ietvēra vairākus mucīnu gēnus, kas veido zarnu aizsarggļotādas barjeru, un korelēja ar baktērijām no Firmicutes grupas. Trešais reģions saturēja gēnu Pip, kas kodē antibakteriālu savienojumu, un bija saistīts ar Muribaculaceae dzimtas baktērijām, plaši izplatītām grauzēju vidū un sastopamām arī cilvēkiem.

Liela parauga apjoms ļāva pirmo reizi noteikt, kāda daļa katras žurkas mikroboma ir noteikta ar tās paša gēniem, un kāda — citu indivīdu ģenētiskajām īpatnībām, ar kuriem tā tiek kopīgi turēta. Klasisks šāda mehānisma piemērs, kas pazīstams kā netieša ģenētiskā ietekme, ir mātes gēnu iedarbība uz pēcnācēju augšanu vai imunitāti caur vidi, ko māte tam veido.

Stingri kontrolētie eksperimenta apstākļi ar žurkām ļāva pētniekiem pieiet šo efektu izpētei būtiski citādāk. Autori izstrādāja skaitļošanas modeli, kas atdala dzīvnieka gēnu tiešo ietekmi uz tā mikrobomu un efektus, kas posredēti tā sociālo partneru gēnu dēļ. Analīze parādīja, ka dažu Muribaculaceae dzimtas baktēriju skaits bija noteikts gan ar tiešiem, gan netiešiem ģenētiskajiem faktoriem. Tas nozīmē, ka daļa no ģenētiskajiem efektiem izplatās grupā caur mikroorganismu apmaiņu.

Kad šīs sociālās jeb netiešās ietekmes tika iekļautas statistiskajā modelī, ģenētikas kopējais ieguldījums trīs nesen atklātajās gēnu un mikrobu saistībās palielinājās četras līdz astoņas reizes. Pētnieku teiktā, pat šie novērtējumi var atspoguļot tikai daļu no reālā ģenētiskā ietekmes mēroga.