A bél mikroflóra átalakítja az embert egy "szuperorganizmusba" • Alexander Markov • Tudományos hírek a "Elemekről" • Genetika, biológia

A bél mikroflóra egy személyt “szuper-szervezet”

A bélflóra egyik legelterjedtebb képviselője, a baktérium Bifidobacterium longummesterséges környezetben is jól növekszik. Sok más bél mikrobák is a "nem művelt" (photo from www.nyusankin.or.jp)

A humán bél tartalmából izolált mikrobiális DNS vizsgálata lehetővé tette az amerikai tudósok számára, hogy megmutassák a bélflóra nagy fajok sokféleségét és fontos szerepet játsszanak az anyagcserében. A kutatók szerint egy személy a bélben élő mikrobákkal együtt egyetlen "szuperorganizmus". Ennek a szuperorganizmusnak az anyagcseréjét nagyrészt olyan enzimek határozzák meg, amelyek génjei nem az emberi kromoszómák, hanem a szimbiotikus mikrobák genomjai között lokalizáltak.

A molekuláris biológiai vizsgálatokban a siker fő kulcsa az objektum és a módszer jó választása. A konkrét problémák megoldására kifejlesztett új hatékony módszerek hirtelen rendkívül hasznosak lehetnek teljesen más területeken. Pontosan ez történt ebben az esetben.

Hat amerikai kutatóintézetből álló biológusok nagy csoportja szokatlanul kihasználta a különböző organizmusok genomjainak "olvasását" szolgáló legújabb technikákat.A tudósok ezeket a módszereket alkalmazták az emberi székletből extrahált DNS-re, hogy a bél mikroflóra általános jellemzője legyen.

Becslések szerint több mint száz különböző fajból álló, több mint 1 kg mikroorganizmus van jelen a felnőttek belsejében. Pontosan a fajok összetétele ismeretlen. A mikrobiológusok "szem elől" ismerik csak néhány tucat tipikus képviselőt, akik mesterséges médiumokban termeszthetők. Mivel viszonylag korábban kiderült (és ez a felfedezés mikrobiológusok számára sokk volt), a legtöbb természetben előforduló mikroorganizmus nem növekszik mesterséges közegben. Az ilyen mikrobákat "nem termeszthetőnek" nevezik. Az emberi bélben a legvalószínűbben a többség. Bármi, ami ezekkel a mikrobákkal kapcsolatos, csak a DNS nukleotidszekvenciáitól lehet tanulni a természetes médiumokban vett mintákban.

A kutatók két ember székletéből izolálták a DNS-t, akik egy évvel korábban nem vettek fel gyógyszert, és kiterjedt szekvenálási munkát végeztek – a DNS-fragmensek nukleotidszekvenciájának meghatározását. A szekvesztett darabokat hosszabb töredékekké alakítottuk össze, átfedő végdarabok jelenléte alapján.területeken. Az eredmény mintegy 74 ezer nem ismétlődő darab volt, összesen több mint 78 millió bázispárral. Összehasonlításképpen, az emberi genomban 2,85 milliárd bázispár, egy baktérium genomjában általában 2-5 millió bázispár.

Nyilvánvaló, hogy a tanulmány szerzői nem számítottak arra, hogy az összes bél mikrobák teljes genomjait kapják. Ehhez nagyobb erőfeszítéseket kell tennie több nagyságrenddel. Ebben a szakaszban csak a mikrobiális közösség sokféleségét, szerkezetét és, legfőképpen az anyagcserét, általános elképzelést kívánták kapni. És ehhez a genomikus szekvenciákból kapott minta eléggé kiderült.

A közösségek tanulmányozásának ilyen radikális megközelítése – hogy mindenkinek egy halomba, egy fontba és egy visszanyerésbe kerüljön – még egy különleges nevet kap: "metagenomikus elemzés".

A következő szakaszban a szekvenált szekvenciákban keresettek ismert funkciójú géneket, és megpróbálták meghatározni, melyik fragmensek tartoznak a baktériumokhoz, és amelyek az archaea-hoz tartoznak. Ehhez a szekvenciákat összehasonlítottuk az ismert, vagyis a baktériumok és archea génjeivel az adatbázisokba, valamint teljes genomjukhoz.A riboszómális RNS (16S) génjeit, amelyek hagyományosan mikrobáknak minősülnek, külön elemezték.

A riboszómális RNS génjeinek "explicit formáján" csak 72 baktériumfaj (közülük 60, nem termeszthető és 16 új a tudomány számára) és egy archaea típusú (metanogén Methanobrevibacter smithii), azonban a szerzők statisztikailag igazolták, hogy ha ugyanazon mintákból származó DNS-szekvenálással kapcsolatos munkát folytatják, akkor azonosított mikrobiális fajok száma legalább 300 lesz. A szerzők különböző "fajtáknak" tulajdonítanak azokat a riboszomális RNS-géneket, amelyek hasonló nukleotidszekvenciákat nem haladta meg a 97% -ot.

A kutatók elemezték az azonosított mikrobiális gének funkcionális csoportok mennyiségi eloszlását a bélflóra "teljes metabolizmusának" főbb jellemzői helyreállítása érdekében. Ehhez a különböző funkciójú gének százalékos arányát az összes vizsgált mikrobiális genomban összehasonlítottuk a vizsgált mintában talált értékkel.

Kiderült, hogy a bél mikroflórában a növényi poliszacharidok, egyes aminosavak és vitaminok, valamint a metanogenezis anyagcseréjéhez kapcsolódó gének aránya élesen megnövekedett.Az elemzés alapján a szerzők azonosítják azokat a legfontosabb metabolikus funkciókat, amelyeket a mikrobák az emberi bélben végezni. Ez elsősorban a növényi poliszacharidok emésztését jelenti, amelyeket az emberi genomban kódolt enzimekkel nem lehet emészteni. Ezekkel a nehezen felszívódó szénhidrátokkal olyan fermentáló baktériumok szétterjednek, amelyek kis molekulatömegű szerves savakat (acetát, propionát, butirát) bocsátanak ki az anyagcserére. Azonban az a tény, hogy a baktériumok esetében a fermentorok hulladéktermékek, az emberek számára teljesen "ehető" anyagok, amelyek aktív módon felszívódnak a bélhámban. A becslések szerint az emberek kalóriájuk 10% -át kapják e szokatlan forrásból (ez a becslés érvényes egy tipikus "európai" diétás szurkolókra).

A humán ehető anyagok mellett a fermentorok melléktermékként molekuláris hidrogént is kibocsátanak (H2), amely önmagáért káros, és akadályozza növekedésüket és megélhetését. A növényi poliszacharidok hatékony megmunkálásának folyamatában valakinek állandóan a keletkezett hidrogéppel kell rendelkeznie. Ez az, amire a metanogén részt vesz. Methanobrevibacter smithii és esetleg más archaea-metanogének és szulfát-redukáló baktériumok. A metanogenezis során a hidrogén és a szén-dioxid felszívódnak, és a metán szabadul fel.

A bélflóna "kumulatív genomjában" jelentősen megemelkedik az esszenciális aminosavak és vitaminok szintéziséhez kapcsolódó gének aránya. A mikrobák nagyban elősegítik az emberi életet, jelentős mennyiségű ilyen anyagot termelnek. Ezenkívül a bélflórának van egy nagy arzenálja az enzimeknek a mindennapi élelmiszerben, különösen a növényben jelen lévő toxikus anyagok semlegesítéséhez.

A mikrobiális genomok tehát fontos szerepet játszanak a genomban Homo sapiens. Bár a Nyugaton ma közzétett tudományos művek esetében nem jellemző, a szerzők ebben az esetben a filozófiai generalizációról döntöttek. Véleményük szerint egy személyt "szuperorganizmusnak" kell tekinteni, amelynek anyagcseréjét nem csak a genomban kódolt enzimek közös koordinált munkája biztosítja Homo sapiens, hanem több száz szimbiotikus mikrobák genomjain is. By the way, az emberi gének aránya az aggregált genomban ez a "szuper-szervezet" nem több, mint 1%.

Forrás: Steven R. Gill et al. A humán distalis gut mikrobiológiai metagenomikus analízise // tudomány. 2006. V. 312. P.1355-1359.

Lásd még:
A vegetatív fertőzések vírusa lehet egy személy, "Elements", 2005.2.12.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: