Пища может влиять на работу генов: исследование на дрожжах

Почти все наши гены могут находиться под влиянием пищи, которую мы едим, согласно новому исследованию в журнале Nature Microbiology. Работа, проведённая на дрожжах — модельном организме для изучения фундаментальных процессов — показывает, что если активность генов влияет на метаболизм, то верно и обратное: доступные клеткам питательные вещества влияют на наши гены.

Поведение клеток определяется как активностью её генов, так и химическими реакциями для поддержания жизнедеятельности — метаболизмом. Метаболизм работает в двух направлениях: расщепление молекул для получения энергии и производство всех необходимых клетке соединений.

Хотя знание генома даёт много информации об организме, это не полная картина. Гены могут регулироваться другими генами, участками ДНК или эпигенетическими модификаторами. Предыдущие исследования предполагали, что ещё одним игроком в регуляции генов может быть метаболическая сеть — биохимические реакции внутри организма. Эти реакции в основном зависят от доступных клетке питательных веществ: сахаров, аминокислот, жирных кислот и витаминов, получаемых из пищи.

Чтобы изучить масштаб этого явления, международная команда под руководством доктора Маркуса Ральзера из Кембриджского университета и Института Фрэнсиса Крика в Лондоне исследовала роль метаболизма в самых базовых функциях клетки на примере дрожжей. Дрожжи — идеальная модель для масштабных экспериментов, так как они проще, чем животные модели, но многие их гены и клеточные механизмы схожи с человеческими.

Исследователи манипулировали уровнями важных метаболитов — продуктов метаболических реакций — в дрожжевых клетках и наблюдали, как это влияет на поведение генов и производимых ими молекул. Оказалось, что почти девять из десяти генов и их продуктов подвержены влиянию изменений клеточного метаболизма.

"Клеточный метаболизм играет гораздо более динамичную роль в клетках, чем мы думали ранее, — объясняет доктор Ральзер. — Почти на все гены клетки влияют изменения в доступных им питательных веществах. Во многих случаях эффекты были настолько сильными, что изменение метаболического профиля клетки могло заставить некоторые её гены вести себя совершенно иначе.

Классический взгляд заключается в том, что гены контролируют, как питательные вещества расщепляются на важные молекулы, но мы показали, что верно и обратное: то, как расщепляются питательные вещества, влияет на поведение наших генов".

Учёные полагают, что результаты могут иметь широкие последствия, в том числе для понимания реакции на лекарства. Например, в раковых клетках множественные генетические мутации изменяют метаболическую сеть внутри клеток. Это, в свою очередь, может влиять на поведение генов и объяснять, почему некоторые препараты не работают у отдельных пациентов.

"Другой важный практический аспект наших выводов для учёных, — говорит доктор Ральзер, — заключается в том, что биологические эксперименты часто не воспроизводимы между лабораториями, и мы обычно виним в этом небрежных исследователей. Однако оказывается, что небольшие метаболические различия могут изменить результаты экспериментов. Нам необходимо разработать новые лабораторные процедуры, которые лучше контролируют метаболические различия. Это поможет нам планировать более качественные и надёжные эксперименты".