В следующий раз, когда вы почувствуете тягу к суши-роллам, вы, возможно, почувствуете новую признательность океану - не только за обертку из рыбы и морских водорослей, но, как предполагает новое исследование Мичиганской медицины, за бактерии в вашем кишечнике, которые переваривают морские водоросли.
Океан является одним из крупнейших резервуаров углерода на планете, большая часть которого заключена в водорослях. Морские бактерии играют решающую роль в круговороте углерода, разрушая морские водоросли. Чуть более десяти лет назад исследователи обнаружили гены, которые позволяют океанским бактериям расщеплять сложный углевод, известный как порфиран, содержащийся в холодноводных водорослях, в образце микробиома взрослого японца.
Новое исследование под руководством Николаса Пудло, доктора философии, Габриэля Васконселоса Перейры, доктора философии, и Эрика Мартенса, доктора философии, из Медицинской школы UM, показало, что эти гены океанической происхождения более распространены, чем считалось ранее, проникая в микробиом кишечника человека посредством процесса, известного как латеральный перенос генов.
Во время пищеварения кишечные бактерии человека расщепляют пищевые волокна или полисахариды, содержащиеся во фруктах, овощах и злаках. Однако полисахариды, обнаруженные в морских водорослях, имеют другую химическую структуру, чем в продуктах питания, добытых на суше. Каким-то образом гены обитающих в океане Bacteroidetes - рода бактерий, играющих ключевую роль в микробиоме, - попали в кишечник человека.
«Получились ли они непосредственно из океанической бактерии, которую кто-то случайно употребил, или более сложным путем попали в кишечник человека, до сих пор остается загадкой», - сказал Мартенс, профессор кафедры микробиологии и иммунологии.
Чтобы выяснить, насколько обширны кластеры генов морских водорослей в кишечнике Bacteroidetes, команда обратилась к необычному источнику: образцам стула студентов бакалавриата UM.
«Мы получили образцы в небольших стеклянных пробирках и провели все наши культивирования в анаэробной камере лаборатории», - прокомментировал исследование Ахмед Али, один из студентов-исследователей. «Помню, работать в камере было жарко и несколько тяжело, но это определенно компенсировалось тем, что нам не приходилось «нюхать научный процесс» на работе», - пошутил он.
Затем они проанализировали способность бактерий разлагать несколько полисахаридов, полученных из морских водорослей, включая порфиран, ламинарин, альгинат и каррагинан..
Команда обнаружила, что гены обработки ламинарина широко представлены в образцах, что, возможно, связано с соответствующей способностью перерабатывать бета-глюканы, сахара, которые также содержатся в овсе и цельных зернах. Тем не менее, другие полисахариды морских водорослей использовались меньшим количеством видов бактерий и присутствовали в меньшем количестве образцов.
«Гены для обработки агарозы и порфирана, двух наиболее часто потребляемых водорослей в Юго-Восточной Азии, как правило, были обогащены у людей, живущих там», - сказал Мартенс. Более внимательно изучив географическое распределение кластеров генов, команда сослалась на геномные исследования образцов, взятых у более чем 2000 человек в Азии, Африке, Северной и Южной Америке и Европе.
Гены, отвечающие за деградацию порфирана, действительно были обогащены образцами из Китая и Японии. Гены для обработки каррагинана, потребляемого с 400 г. до н.э. в Китае, а теперь широко используемого в качестве пищевой добавки во всем, от овсяного молока до детских смесей в Соединенных Штатах, также были обогащены образцами из Китая, Японии и Северной Америки.
Добавляя дополнительную интригу в эволюцию пищеварения морских водорослей, команда случайно обнаружила, что бактерии Firmicutes, которые даже более распространены в кишечнике человека, чем Bacteroidetes, также приобрели генетическую способность расти на полисахаридах морских водорослей.
«Известно, что Firmicutes живут в кишечнике рыб, и ближайшими предками генов, которые, по-видимому, попали в кишечник человека, Firmicutes были обнаружены у рыб», - сказал Мартенс.
Исследование, отмечает команда, открывает новые вопросы о сложном взаимодействии между диетой и адаптацией микробиома кишечника человека в популяциях по всему миру.
Дополнительными авторами статьи являются Яагни Парнами, Мелисса Сид, Стефани Маркерт, Джеффри П. Тингли, Фрэнк Анфрид, Остин Кэмпбелл, Картик Урс, Яо Сяо, Райан Адамс, Дунья Мартин, Дэвид Н. Болам, Дёрте Бехер., Томас М. Шмидт, Уэйд Эбботт, Томас Шведер и Ян Хендрик Хехеманн.