Удаление одного гена у кишечной бактерии меняет метаболизм хозяина

Учёные обнаружили, что удаление одного гена у определённого штамма кишечных бактерий вызывает изменения в метаболизме и снижает набор веса у мышей. Исследование опубликовано в журнале eLife.

Работа стала важным шагом к пониманию того, как микробиом — бактерии, живущие в нашем теле — влияет на метаболизм.

Хорошо известно, что микробиом влияет на развитие ожирения и метаболических заболеваний, таких как диабет. Однако, несмотря на известность этих связей, конкретные механизмы влияния микробиома на метаболизм расшифровать сложнее. Это связано с огромным количеством видов бактерий в кишечнике, производящих множество различных метаболитов. Разделение их эффектов — серьёзная задача.

В этом исследовании учёные использовали своего рода «генетический скальпель», чтобы удалить конкретный ген из микробиома, а затем изучили влияние этого изменения на метаболизм хозяина. Они сосредоточились на группе веществ, естественным образом присутствующих в кишечнике человека, — желчных кислотах. Считается, что дисбаланс в пуле желчных кислот способствует развитию ожирения, вызванного диетой. Однако вопрос о том, какие именно желчные кислоты вызывают эти эффекты, остаётся неясным.

Чтобы ответить на него, команда сосредоточилась на классе бактериальных ферментов — желчных солях гидролаз. «Предыдущие исследования показали, что эти гидролазы играют важную роль в регуляции метаболизма хозяина, но не объяснили, как именно», — поясняет старший автор Слоан Девлин, доцент кафедры биологической химии и молекулярной фармакологии Гарвардской медицинской школы (США). — Мы использовали новый подход, чтобы понять роль этих ферментов, контролируя активность избирательной желчной соли гидролазы в кишечнике мыши».

После идентификации бактериального вида с гидролазой желчных солей, которая метаболизирует только определённые типы желчных солей, они создали два штамма бактерий — с гидролазой и без неё — и ввели их стерильным мышам. Как и ожидалось, у мышей, колонизированных штаммом с дефицитом гидролазы, в кишечнике было значительно больше определённых неметаболизированных желчных солей.

Затем исследователи изучили последующие эффекты изменения уровня конкретных желчных солей на метаболизм мышей. К их удивлению, мыши, колонизированные бактериями без гидролазы, набирали меньше веса, чем мыши с нормальными бактериями. У этих животных также были ниже уровни жиров и холестерина в крови и печени, и они предпочитали метаболизировать жиры, а не углеводы, для получения энергии.

Генетический анализ показал, что помимо изменений, связанных с метаболизмом, произошли также изменения в генах, контролирующих циркадные ритмы и иммунный ответ. Это говорит о том, что изменения желчных кислот, вызванные бактериями, могут вызывать более широкий спектр изменений у хозяина.

«Предыдущие работы показали, что микробиом в целом влияет на метаболизм, но наша статья даёт более редукционистский взгляд, — заключает профессор Девлин. — Показав, что удаление одного гена приводит к последующим изменениям в метаболизме хозяина, мы определяем этот конкретный ген как потенциальную мишень для будущей разработки лекарств и делаем шаг к более полному пониманию того, как микробиом влияет на метаболизм».