A bél mikroflórája kevéssé függ a gazda genotípusától, de szorosan kapcsolódik a fenotípusához. • Alexander Markov • Tudományos hírek a "Elemekről" • Genetika, Orvostudomány, Mikrobiológia

A bél mikroflórája kevéssé függ a gazda genotípusától, de szorosan összefügg a fenotípusával.

Ábra. 1. Az izraeli mintából származók származási adatai a genetikai adatokkal korrelálnak, de nem a bél mikrobióták összetételével. Balra: a minta genetikai sokféleségének elemzése a fő komponens módszerrel. Látható, hogy a különböző eredetű csoportok (Ashkenázi, jemeni zsidók stb.) Külön diagramokat alkotnak az ábrán. Ez azt jelenti, hogy genetikai különbségek vannak a csoportok között, és hogy a résztvevők tényleges információkat közöltek az eredetükről. Jobbra: egy hasonló diagram, amely nem a genetikán alapszik, hanem a bél mikrobioták összetételéről. A különböző eredetű csoportoknak megfelelő klaszterek hiányoznak. Ez az emberi genotípus és a mikrobiotasz összetétele közötti szoros kapcsolat hiányára utal. Ábra a tárgyalt cikkbőltermészet

A bél mikrobioták összetételének összehasonlítása a genotípus, az életmód és a fenotípus jellemzőivel 1046-ban izraeliek és 836 hollandok között azt mutatta, hogy a bél mikrobiális populációja kevéssé függ a gazda genotípusától, és főleg a környezeti tényezők határozzák meg. Ugyanakkor a mikrobiotasz összetétele szignifikáns összefüggést mutat számos olyan fenotípusos tulajdonsággal, amelyek orvosi szempontból fontosak.Mint kiderült, a bél mikrobioták összetételének megfelelően egyes tulajdonságok állapotát meg lehet becsülni megközelítőleg ugyanolyan pontossággal, mint a genotípus esetében, és ha figyelembe vesszük mindkét gént és a mikrobiót, akkor a predikciós pontosság megduplázódik. Az eredmények hangsúlyozzák az intesztinális baktériumok tanulmányozásának fontosságát, beleértve a személyre szabott gyógyszer kifejlesztését.

Az a felfogás, hogy a többsejtű organizmusok többsége valójában "szimbiotikus szuperorganizmusok", amelyeknek sok tulajdonságát mikroszkopikus szimbólumok határozzák meg, egyre inkább a biológiai életben használják. A "Elemek" többször foglalkoztak ezzel a témával (lásd a hírek végén található linkeket).

Az ember bél mikrobiotáinak és az általunk fontosnak tartott fenotípusos jellemzők (beleértve a különböző betegségek kockázatát is) sokrétű kapcsolatait nagyon aktívan tanulmányozták az elmúlt években, de néhány alapvető kérdés még mindig megoldatlan. Ezek közül az egyik a mikrobioták öröklődésének mértéke, vagyis az, hogy a bél mikrobiális populáció összetétele milyen mértékben függ az egyén génjeitől, és amelyben a tág értelemben vett "környezet", azaz az étrend, az életmód, a gyógyszerek és minden más.

Korábbi kísérleteket végeztünk a mikrobioták örökölhetőségének felmérésére és olyan összetételű gének megtalálására, amelyek hatással vannak a készítmény összetételére (beleértve a genomszéles keresést az egyesületekben, lásd a GWAS-t). Ezek a vizsgálatok ellentmondásos eredményeket hoztak. Egyrészt az emberi genomban több tucat polimorf lókut találtunk, amelyek látszólag korreláltak a bél mikrobiótájával vagy más jellemzőivel. Másrészt a talált összefüggések statisztikai megbízhatósága általában szabálytalan, és a különböző vizsgálatokban talált gének halmazai kiderült, hogy gyanúsan különböznek egymástól.

Számos tudományos intézetből álló nagy csapat, Izraelben, a holland kollégákkal együttműködve nyilvánvalóan a legnagyobb kutatást végezte a gének és a környezet befolyásolásának ellentmondásos kérdésének a bél mikroorganizmus populációján.

A fő vizsgálatot 1046 izraelita mintán végezték, majd az eredményeket a korábban kapott adatokkal összevetették a 836 hollandiai lakosra.

Mindegyik egyén számára a metagenomikus analízist (lásd Metagenomics) alkalmazva nagy pontossággal határozták meg a bél mikrobióták minőségi és mennyiségi összetételét.Valamennyi résztvevőt 712.540 polimorf lókuszba genotipizáltak (lásd: Egy nukleotid polimorfizmus), amely e feladat összefüggésében kis mértékben eltér a teljes genomok elolvasásától. Az egyes egyénekre vonatkozóan számos fenotípusos jellemzőt (pl. Magasság, testsúly, derékméret, glikémiás index, koleszterin szint stb.), Valamint táplálékot gyűjtöttek (az alanyoknak meg kellett mondaniuk étkezési szokásaikról, fenotípusos tulajdonságoknak is tekinthető). Ezenkívül az alanyoknak meg kellett tudniuk, hogy honnan származtak a nagyszüleik. Ez lehetővé tette, hogy az izraeli mintát hat részre lebontva (Ashkenazi, Sephardic, Jemenből, Észak-Afrikából, Közel-Keletről és az utolsóból, a válogatottból, az "egyéb" csoportból, beleértve a vegyes eredetűeket is).

Kezdetben a szerzők a genotípusokkal összehasonlították a származási személyes adatokat. Különböző eredetű csoportok világos klasztereket képeztek az allélkészletek mentén, ahogy az elvárható (1. Ábra balra). Ez összhangban áll azzal az elképzeléssel, hogy léteznek genetikai különbségek Ashkenazi, Sephardic stb. Között, és hogy az emberek igazi információval szolgáltak eredetükről.Ezenkívül a vegyes eredetű emberek erős pozitív korrelációt mutattak a származási hasonlóság és a genotípus hasonlósága között. Ugyanakkor nem volt összefüggés az ember eredete és a bél mikrobiota összetétele között (1. Ábra, jobb). Különösen nincs összefüggés a származási hasonlóság és a hasonlóság között a mikrobiótában. Ez igaz mind a mikrobioták szerves tulajdonságaira, mint a teljes taxonómiai sokféleségre, mind pedig a mikroorganizmusok egyéni csoportjainak bőségére. Ebből következik, hogy a mikrobioták tulajdonságainak örökölhetősége (azaz az egyén génjétől való függése), ha létezik, nem túl nagy.

Az Egyesült Királyságból származó 1126 pár ikrán végzett vizsgálatban azonban nemrégiben készült tanulmány (lásd Twin vizsgálat) kimutatta, hogy 33 patkány mikroorganizmusok taxonja jelentős örökölhetőséggel rendelkezik (J. K. Goodrich és munkatársai, 2016. A Gut Microbiome Genetic Determinants of UK Twins). Ezek az eredmények ellentmondanak egymásnak? A szerzők 2016-ban újra feldolgozták a munkából származó adatokat, és megállapították, hogy az "örökölt" mikrobák összes azonosított csoportja az aggregátumban csak 5,6% -át teszi ki a bél mikrobiális populációjának. Tekintettel erre a körülményre, kiderül, hogy a gazda genotípus csak a bél mikrobiota összetételének variabilitásának 1,9-8,1% -át magyarázza.Az ilyen nagy szóródást az a tény magyarázza, hogy a jelen esetben szükséges statisztikai kritériumok súlyosságának kérdésében nincs teljesen egyértelmű. De mindenesetre kiderül, hogy a bél mikrobióták örökölhetősége kicsi a környezeti tényezők hatásához képest.

A szerzők ezután megpróbálták azonosítani azokat a specifikus, egyetlen nukleotid polimorfizmusokat, amelyek a bél mikrobiótának bármely jellemzőjével korrelálnak. A korábbi vizsgálatokban több tucat polimorfizmust találtunk, amelyek úgy tűnik, hogy befolyásolják a mikrobioták taxonómiai összetételében lévők közötti különbségeket. Az új adatok azonban nem erősítették meg ezt a linket. Ezenkívül a szerzõk megkapták az érvelést, hogy az elõzõleg elért eredmények valószínûleg az alkalmazott statisztikai módszerek tárgyát képezik, és nem igazolják a valódi kapcsolatok létezését.

Bár a genotípus mikrobiotára gyakorolt ​​hatását nem észlelik a teljes mikrobiális közösség szintjén, egyes lókuszok továbbra is jelentős, bár gyenge hatást gyakorolnak bizonyos baktériumok és baktériumok bőségére. A legnagyobb bizalommal beszélhetünk a tejcukor laktóz metabolizmusával kapcsolatos számos polimorfizmus hatásáról, a nemzetség baktériumok bőségéről Bifidobacterium. Ezt a következtetést, mint a többi kutatási eredményt, először egy izraeli mintán szerezték be, majd Hollandiában megerősítették.

További érveket támogatnak annak a ténynek a mellett, hogy a bél mikrobiotája főként a környezetről, és nem az emberi génektől függ, elemzést adott a rokonságban álló, de külön élőkről, valamint az egymással nem rokon egyénekről. Kiderült, hogy az első esetben a bél mikrobiota hasonlósága nem növekszik az átlagos szinthez képest, és a második esetben – jelentősen megnőtt.

A bélmikrobiális populációnak a gazda géneken való gyenge függőségéről levont következtetés új kérdéseket vet fel a tudósok számára annak érdekében, hogy meg lehessen állapítani a bél mikrobiota összetételének viszonylagos stabilitásának okait. Ismeretes, hogy a humán bélben élő mikrobiális közösségnek bizonyos stabilitása, viszonylag kis változásai vannak az idő múlásával, és bizonyos mértékben képesek ellenállni a fertőzésekkel és az antibiotikumokkal kapcsolatos perturbációknak (CA Lozupone és mtsai, 2012. A diverzitás, a stabilitás és a rugalmasság az emberi bél mikrobiota). Ha a közösség összetétele oly kevéssé függ az emberi génektől (és ezért főként a környezettől függ), akkor felmerül a kérdés, akkor ez biztosítja a stabilitást.A kérdésre adott válasznak jövőbeni kutatásokat kell adnia, de jelenleg nyitva marad.

A következő feladat, amelyet maguk a kutatók állítottak, az volt, hogy kapcsolatot találjanak a mikrobioták összetétele és az emberek fenotípus jellemzői között. Ehhez kvantitatív mutatót fejlesztettek ki, amelyet a szerzők a b2 (az örökölhetőséggel analóg módon, amelyet hagyományosan jelöltek h2). ha h2 – egyszerűen azt mondhatjuk, hogy a vizsgált populáció genetikai változékonysága (vagy a genotípus fenotípusának előrejelzése) alapján a változékonyság aránya, majd b2 – Ez olyan érték, amely megmutatja a pontosságot, amellyel a bél mikrobiológiai fenotípusa előre látható.

A számításokat az izraeli és a holland mintákra külön-külön végeztük el. Az eredményeket a táblázat tartalmazza.

fenotípusKapcsolat a mikrobiotával (b2),
Izraeli minta
Kapcsolat a mikrobiotával (b2),
Holland minta
Örökíthetőség (h2),
az irodalmi adatok szerint
Nagy sűrűségű lipoproteinek35,9%27,9%23,9%-48%
Laktóz bevitel35,5%nincs adatnincs adat
Derékbőség28,8%26%15%-24%
A comb mérete27,1%28%10,6%-27%
Glikémiás index24,5%nincs adatnincs adat
Testtömegindex24,5%27,8%14%-32%A deréktól a csípő arányig23,9%6,9%12%-14%Glükózszint21,9%8%9%-33%Glikozilezett hemoglobin16,1%8,4%21%-32%kreatinin12,3%6,7%19%-25%növekedés3,2%25,9%33%-68%Teljes koleszterinszint0%13,5%14%-53%

Kiderült, hogy sok fenotípusos tulajdonságot a bél mikrobiota összetételével "megjósolhat", megközelítőleg ugyanolyan pontossággal, mint a genom esetében. Fontos, hogy a bél mikrobiális populáción és a gazda genomján alapuló előrejelzések nem duplikálódnak, hanem kiegészítik egymást (ez várható, mivel a mikrobioták nagyon gyengén kapcsolódnak a génekhez), ezért mindkettő egyidejű mérlegelése lehetővé teszi a predikciós pontosság megduplázását.

Fontos dolog az, hogy a mikrobioták és a fenotípus közötti összefüggések nem mondanak semmit az ok-okozati viszonyok irányáról. Ez alapvető különbség a teljesítményben. b2 és h2. A gének befolyásolják a fenotípust, de a fenotípusnak nincs reverz hatása a génekre. Ezért értelmezze az értéket h2 egyszerű: az első megközelítésben tükrözi a géneknek a tulajdonságra gyakorolt ​​hatását. A mikrobióta téves: befolyásolhatja a fenotípust, de a fenotípus befolyásolhatja a mikrobiót. Ez különösen a táplálkozási viselkedéshez kapcsolódó fenotípusos jellemzőkkel (napi bevitel kalóriák, zsírok, szénhidrátok stb.) Nyilvánvaló.

Még akkor is, ha nem tudjukhol van az oka és hol van a hatás, az eredmények még mindig azt mutatják, hogy a betegség genetikai jellemzőinek figyelembe vétele nem kevésbé fontos lehet, ha figyelembe vesszük a bél mikrobiótas összetételét a különböző betegségek kockázatainak felmérése vagy a megelőzés és kezelés módszereinek kiválasztása során. Nyilvánvaló, hogy az elkövetkező években ez a tendencia gyorsan fejlődik, és hamarosan sokat tanulunk a bél mikrobiotának a fenotípus kialakulásához való hozzájárulásáról.

Forrás: Daphna Rothschild, Omer Weissbrod, Elad Barkan, Alexander Kurilshikov, Tal Korem, David Zeevi, Paul I. Costea, Anastasia Godneva, Iris N. Kalka, Noam bár, Smadar Shilo, Dar Lador, Arnau Vich Vila, Niv Zmora, Meirav Pevsros Fischer, David Izraeli, Noa Kosower, Gal Malka, Bat Chen Wolf, Tali Avnit-Sagi, Maya Lotan-Pompan, Adina Weinberger, Zamir Halpern, Shai Carmi, Jingyuan Fu, Cisca Wijmenga, Alexandra Zhernakova, Eran Elinav és Eran Segal. A humán genetika a humán bél mikrobiót alakítja. természet. Megjelent online 2018. február 28. DOI: 10.1038 / nature25973.

Lásd még:
1) A bél mikroflórája átalakítja az ember egy „szuper-szervezet”, „Elements”, 2006/09/06.
2) Az elhízás fertőző lehet, "Elements", 2006/12/25.
3) A bélbaktériumok segítenek a japánoknak az algák megemésztésében, "Elements", 2010/08/04.
4) A bél dysbiosis kezelése csökkenti az autizmus tüneteit, "Elements", 2013/12/13.
5) Egy személy mikrobiológiája befolyásolja-e a vallásosságát ?, "Elements", 2014.2.28.
6) A bélbaktériumok hatással vannak az egerek szociális viselkedésére, "Elements", 2014.06.26.
7) A kórokozó baktériuma javítja az áldozatok étvágyát, segítve őket a túlélésben és önmagukban – "Elements" elterjedésében, 2013. 01. 31-én.

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: :???: :?: :!: