Наш кишечный микробиом - набор бактерий, которые мы носим в нашем кишечнике, - связан со всем: от ожирения и диабета до сердечных заболеваний и даже неврологических расстройств и рака. В последние годы исследователи сортировали множество видов бактерий, населяющих микробиом, и задавались вопросом, какие из них могут быть связаны с конкретными расстройствами. Но статья, опубликованная сегодня в журнале Nature, посвящена новому вопросу: «Что, если один и тот же микроб у разных людей разный?»
Давно известно, что геномы микробов не фиксированы от рождения, как наши. Они могут терять часть своих генов, обмениваться генами с другими микроорганизмами или приобретать новые из окружающей среды. Таким образом, детальное сравнение геномов, казалось бы, идентичных бактерий выявит последовательности ДНК, встречающиеся в одном геноме и отсутствующие в других, или, возможно, последовательности, встречающиеся только один раз в одном и несколько раз в другом. Эти различия называются структурными вариантами. Структурные варианты - даже крошечные - могут привести к огромным различиям в том, как микробы взаимодействуют со своими человеческими хозяевами. Вариантом может быть различие между доброкачественным присутствием и патогенным, или это может дать бактериям устойчивость к антибиотикам.
Drs. Дэвид Зееви и Тал Корем, первоначально в лаборатории проф. Эран Сигал из Научного института Вейцмана, а затем на своих нынешних должностях в Рокфеллеровском и Колумбийском университетах разработал алгоритмы, которые систематически идентифицируют структурные варианты микробиомов кишечника человека. Исследователи начали с микробиомов почти 900 израильских субъектов, в которых им удалось идентифицировать более 7000 вариантов. Затем они организовали сотрудничество с голландскими исследователями из Гронингенского университета в Нидерландах и искали эти варианты в микробиомах большой группы голландцев. Большинство структурных вариантов, выявленных ими у израильских испытуемых, можно было обнаружить и у голландцев, несмотря на различия в генетике и образе жизни между группами.
Затем ученые спросили, связаны ли какие-либо структурные варианты, которые они идентифицировали, со здоровьем или с болезнью. В группе оказалось более 100 человек, которые были связаны с факторами риска заболевания. Многие из этих ассоциаций были снова воспроизведены в когорте голландцев.
В одном случае люди, у которых в микробиоме присутствовал определенный вариант генома определенного вида микробов, были в среднем на 6 кг тоньше и имели талию на 4 см уже, чем люди, у которых был такой же микроб - но тот, который не содержал этого конкретного варианта. Затем ученые проанализировали гены, закодированные в этом варианте, и обнаружили, что он дает бактерии потенциальную способность превращать определенные сахара в вещество, называемое бутиратом. Бутират представляет собой небольшую жирную кислоту с запахом прогорклого масла (отсюда и его название, от древнегреческого «масло»); Было показано, что, несмотря на свой запах, бутират обладает противовоспалительным действием и положительно влияет на обмен веществ. Эта способность, по словам ученых, может помочь объяснить разницу в весе между носителями бактерий со структурным вариантом и без него.
Находка предполагает, что метод, разработанный группой, может помочь исследователям точно определить связи между нашим микробиомом, здоровьем и болезнью, которые могут быть упущены с помощью других средств.«Реальный потенциал этого подхода, - говорит Зееви, - заключается в том, что он позволяет нам искать реальные механизмы, лежащие в основе обнаруженных нами ассоциаций».
По оценкам Сигала, в микробиоме кишечника человека могут быть десятки тысяч структурных вариантов, и тысячи из них могут быть связаны с заболеванием и риском заболевания. Поскольку состав микробиома связан со столькими различными синдромами и расстройствами, это исследование может оказать долгосрочное влияние на поиск лучших, более целенаправленных пробиотиков для лечения болезней.