Изучение очага горизонтального переноса генов
Человек и его кишечный микробиом сосуществуют более 200 000 лет, формируя одну из самых сложных экосистем на планете. Однако разнообразие кишечных бактерий сильно варьируется в зависимости от образа жизни — от городского до сельского.
Некоммерческий консорциум Global Microbiome Conservancy, запущенный в 2016 году и объединяющий более 70 ученых, последние два года работает над сохранением этого разнообразия по всему миру. Ученые спешат, так как распространение антибиотиков и западной диеты ведет к снижению бактериального разнообразия в кишечнике. Уже получены первые важные результаты, проливающие свет на "черный ящик" микробиома.
Междисциплинарный подход
Основатели консорциума из MIT представляют разные области: биологическую инженерию, эволюционную биологию, органическую геохимию и биомедицинские исследования. По словам постдока Матильды Пуае из лаборатории Алма, такой подход способствует достижению целей проекта:
сохранить полное биоразнообразие микробиома кишечника человека до того, как оно будет утрачено, и углубить понимание его происхождения и функций.
На первой встрече MIT Microbiome Club в 2018-19 учебном году постдоки Матильда Пуае, Матье Груссен (также из лаборатории Алма) и Айнара Систьяга (лаборатория Саммонса, EAPS) представили предварительные результаты.
Горизонтальный перенос генов (HGT)
Помимо создания биобанка и характеристики бактериальных изолятов из образцов со всего мира, Матильда Пуае фокусируется на горизонтальном переносе генов (HGT) — обмене генетическим материалом между неродственными организмами.
"Перенос генов имеет решающее значение для бактериальной эволюции, а микробиом кишечника человека — важный очаг для HGT. Но все предыдущие исследования не могли определить временные рамки этих событий".
Используя собственную коллекцию изолятов и геномов, Пуае смогла выявить свидетельства недавних событий HGT. Это подтверждает, что такие переносы часто происходят в течение жизни человека, приводя к постоянному обновлению генетического материала кишечных бактерий.
Ключевое наблюдение: В индустриализированных популяциях с меньшим бактериальным разнообразием скорость обмена генами через HGT выше. Это говорит о том, что западный образ жизни создает сильное давление отбора на микробиом, возможно, из-за высокого потребления антибиотиков.
Роль липидов и холестерина
Айнара Систьяга изучает влияние липидов (жиров) на кишечные бактерии и здоровье человека — малоисследованную область.
С помощью анализа липидов в образцах консорциума она исследует судьбу холестерина. Теоретически, часть холестерина в кишечнике должна преобразовываться бактериями в побочный продукт, который не усваивается организмом и выводится.
"Мы наблюдаем, что большинство участников из сельских популяций выполняют это преобразование гораздо эффективнее, чем доноры из западных стран".
Систьяга планирует использовать методы органической геохимии, чтобы понять, как этот процесс работает в кишечнике людей по всему миру.
Глобальный охват и будущее
Консорциум устанавливает долгосрочное сотрудничество с местным населением и исследователями для отбора проб, при этом участники сохраняют право собственности на свои образцы.
В ближайшие два года география исследований расширится. Сейчас изучаются образцы из 19 различных популяций (Арктика, страны Африки к югу от Сахары, Северная Америка). Вскоре к ним добавятся образцы из Малайзии и Перу.
"Мы ожидаем, что образцы из Азии и Южной Америки дадут новые уникальные микробные сообщества, которые необходимо сохранить", — говорит Пуае.
"Было увлекательно раскрывать микробиом этих недостаточно изученных сообществ. Я думаю, мы видим лишь верхушку айсберга. Все, что мы наблюдали до сих пор, подтверждает, насколько важна и действительно срочна эта работа", — заключает Систьяга.