Ученые выяснили, как кишечные бактерии управляют нашими генами

Довольно часто специалисты публикуют результаты новых исследований, связывающих кишечную микробиоту с каким-либо заболеванием. Однако многие механизмы, лежащие в основе таких связей, неясны. В новой работе под руководством учёных из Института Бабрахама (Великобритания) раскрыт один возможный способ, благодаря которому "хорошие" бактерии в кишечнике человека могут контролировать активность генов в наших клетках.

Состав кишечной микробиоты человека (сообщество бактерий, вирусов и других организмов, обитающих в пищеварительных трактах) оказывает разнообразное воздействие на весь организм человека. Исследователи знали, что микроорганизмы в кишечнике способны влиять на активность определённых генов, но не понимали действие этого механизма.

На этот раз выяснилось, что "химические сообщения" от бактерий могут изменять местоположение ключевых химических маркеров по всему человеческому геному. Общаясь таким образом, бактерии могут помогать бороться с инфекциями и предотвращать развитие рака.

Специалисты выяснили, что химические вещества, производимые "хорошими" кишечными бактериями в ходе переваривания фруктов и овощей, могут влиять на гены в клетках, выстилающих кишечник.

Эти молекулы (короткоцепочечные жирные кислоты, КЖК) могут перемещаться от бактерий в наши собственные клетки. А внутри клеток они способны запускать процессы, изменяющие активность генов и, в конечном счёте, поведение клеток.

По мере того как КЖК перемещаются от бактерий в клетки кишечника, они нарушают производство белка HDAC2 и увеличивают число эпигенетических химических маркеров. Речь идёт о недавно открытом процессе кротонилировании (crotonylation).

Кротонилирование – генетический процесс редактирования, не похожий на более знакомую форму генетический манипуляции, называемую метилированием. Оба процесса изменяют экспрессию генов, при этом сам код не изменяется.

Попутно объясним, что в целом эпигенетика представляет собой изучение закономерностей эпигенетического наследования – изменения экспрессии генов или фенотипа клетки, вызванных механизмами, не затрагивающими последовательности "букв" в ДНК. Эпигенетические маркеры определяют, насколько туго сворачивается молекула ДНК, и, что важно для учёных, контролируют "включение" и "выключение" определённых генов. То есть фактически определяют их активность.

Исследователи провели эксперимент: они накормили мышей антибиотиками, чтобы уничтожить большую часть их кишечных бактерий. В результате клетки мышей содержали большее количество белка HDAC2, чем обычно.

В ходе предыдущих работ учёные выяснили, что увеличение экспрессии HDAC2 в толстой кишке связано с раком толстой кишки. Исследователи полагают, что регулирование процесса кротонилирования в геноме кишечных клеток имеет большое значение для предотвращения развития этого вида рака.

Сейчас исследователи полагают, что непосредственно активность кишечных бактерий определяет экспрессию HDAC2 и количество эпигенетических химических маркеров, что влияет на активность определённых генов.

"Короткоцепочечные жирные кислоты являются ключевым источником энергии для клеток в кишечнике, но мы также показали, что они влияют на кротонилирование генома. Оно встречается во многих клетках, но особенно распространено в кишечнике", — объясняет в пресс-релизе первый автор исследования Рэйчел Феллоуз (Rachel Fellows).

Авторы работы считают, что в будущем их работа поможет в разработке лекарств от рака, а также обеспечит лучшее понимание того, как именно бактерии в кишечнике могут изменять работу наших генов.

Исследование также может помочь узнать, как наши генетические процессы зависят от диеты, а возможно, и установить связь между наличием пищевого волокна в рационе и раком кишечника.

Исследователи говорят, что необходимо убедиться не только в том, что мы сами питаемся правильно, но и в том, что это же делают наши маленькие "подопечные".

"Наш кишечник – дом для бесчисленного множества бактерий, помогающих переваривать продукты питания, например, растительные волокна", — говорит ведущий автор исследования доктор Патрик Варга-Вайс (Patrick Varga-Weisz).

Результаты исследования представлены в научном издании Nature Communications.