Генетический подход для управления микробами в кишечнике

Новые геномные методы анализа показали, что до 1000 различных видов одноклеточных микроорганизмов сосуществуют в кишечнике каждого здорового человека.

"На каждую клетку человеческого тела приходится 10 микробных клеток, большинство из которых живут в кишечнике и помогают переваривать то, что мы не можем переварить самостоятельно", — сказал Джастин Зонненбург, PhD. То, что мы едим, является одним из основных факторов, определяющих состав этого бактериального сообщества.

Нарушения, такие как воспалительные заболевания кишечника, колоректальный рак и даже ожирение, связаны с измененным распределением кишечных микробов.

Ученые надеются, что однажды смогут манипулировать микробными популяциями в кишечнике для лечения болезней. Задача сложна, так как совокупное количество генов микроорганизмов в кишечнике превышает количество человеческих генов в сто раз.

В исследовании на животных, опубликованном в Cell, команда показала, что, сосредоточившись на небольшом наборе бактериальных генов, можно предсказать, как бактерии отреагируют на изменение диеты. Результаты подчеркивают потенциал новой области пребиотиков — добавления веществ в рацион для смешения микробного состава в здоровую сторону.

Исследователи использовали упрощенную модель микробной экосистемы. Они ввели два различных вида бактерий, распространенных в пищеварительном тракте человека, в мышей, выращенных в стерильной среде ("безмикробные" мыши). Затем мышей кормили диетой, богатой определенным сложным углеводом — инулином, — который один вид бактерий, судя по наличию небольшого набора генов в его геноме, был лучше приспособлен переваривать. Как и предсказывалось, этот вид бактерий стал преобладать в кишечнике мышей.

Инулин содержится в некоторых растениях (лук, чеснок, топинамбур) и широко используется в качестве пребиотической добавки. Люди не могут переваривать инулин самостоятельно, но некоторые бактерии обладают генами, кодирующими ферменты для этого.

"В течение одной-двух недель произошло значительное изменение состава кишечного сообщества мышей", — сказала Эрика Зонненбург, PhD. Соотношение видов, переваривающих и не переваривающих инулин, изменилось в пользу первых.

Оба ученых предупредили, что до экстраполяции результатов этой простой экспериментальной системы (два конкурирующих вида) на сложное сообщество из почти 1000 видов в реальном человеческом кишечнике пройдет время. Однако лаборатория уже начала увеличивать сложность системы, вводя в "безмикробных" мышей больше бактерий, ассоциированных с человеком, чтобы создать микробное сообщество, подобное человеческому.

"Теперь у нас есть безмикробные мыши, которым мы вводили наборы бактерий, репрезентативные для всего сложного сообщества человеческого кишечника. Мы смотрим, будут ли бактерии, которые, по нашему мнению, должны работать лучше, действительно лучше себя чувствовать в этой более конкурентной среде", — сказала Эрика Зонненбург.