Ученые обнаружили, что микробиом кишечника может быть заразным

Фото из открытых источников

В кишечнике человека обитает огромное сообщество из триллионов микроорганизмов (микробиом), которое помогает формировать пищеварение, иммунную функцию и метаболизм. Помимо диеты и лекарств, важную роль в формировании микробиома может играть и передача инфекции от человека к человеку.

Группа исследователей из Венского университета использовала метод, называемый «обратной экологией», чтобы показать, что многие известные виды кишечных бактерий на самом деле состоят из нескольких эволюционно отдельных групп, каждая из которых адаптирована к различным условиям внутри кишечника. Некоторые из этих популяций бактерий связаны со старением, хроническими воспалительными заболеваниями кишечника, колоректальным раком и диабетом 2 типа. Результаты, опубликованные в журнале Nature, в конечном итоге могут помочь улучшить поиск биомаркеров и в долгосрочной перспективе способствовать более точному лечению.

Большинство исследований микробиома группируют бактерии по целым видам или по общему генетическому сходству. Эти категории полезны, но они могут упускать из виду отдельные популяции, которые эволюционировали, чтобы жить в определенных условиях в организме человека. Из-за этого бывает трудно определить, какие бактерии связаны с заболеваниями, какие просто присутствуют случайно, а какие могут способствовать защите здоровья. Центральный вопрос заключается в том, могут ли ученые идентифицировать более точные биологические единицы, возникшие в результате адаптации и занимающие отдельные экологические ниши в кишечнике.

Исследовательская группа проанализировала тысячи бактериальных изолятов из кишечника человека, а также обширные метагеномные данные, то есть полную генетическую информацию о микробных сообществах в образце, полученном от людей из разных стран, возрастных групп и с разным состоянием здоровья.

Используя недавно разработанный биоинформатический метод в рамках «обратной экологии» — подхода, который позволяет выводить экологические адаптации из геномных данных, — исследователи искали генетические признаки успешной адаптации.

Важную подсказку дали признаки так называемых общегеномных селективных сдвигов. Эти события происходят, когда один индивид приобретает полезную мутацию, а затем вытесняет близкородственных особей.

Этот процесс снижает разнообразие, но также приводит к образованию популяций, члены которых очень похожи как по происхождению, так и по функциям, что позволяет им четко различаться в наборе данных. Анализ показал, что многие известные виды кишечных бактерий разделились на несколько таких линий. Эти популяции, по-видимому, различаются в условиях, в которых они наиболее успешны.

«Если учитывать не только подсчет видов, но и эволюционную адаптацию, можно гораздо точнее определить биологически значимые единицы в микробиоме», — говорит ведущий автор исследования Сяоцянь Энни Ю из Центра микробиологии и наук об окружающей среде (CeMESS) Венского университета. «Даже внутри одного и того же вида бактерий некоторые популяции встречаются чаще других при определенных заболеваниях. Когда все эти факторы рассматриваются вместе, это часто остается незамеченным».

Исследователи также обнаружили доказательства того, что высококонкурентные популяции бактерий могут быстро распространяться по континентам, в некоторых случаях всего за несколько десятилетий. До сих пор подобная закономерность наблюдалась в основном у патогенных микроорганизмов.

«Наши результаты показывают, что кишечные бактерии также более динамичны, чем считалось ранее. Хорошо адаптированные штаммы могут распространяться по всему миру и занимать новые экологические ниши», — говорит руководитель исследования Мартин Ф. Польц из Венского университета.

Полученные данные свидетельствуют о том, что микробиом формируется не только под влиянием диеты, лекарств или образа жизни, но и путем передачи инфекции от человека к человеку.

Данное исследование открывает новые возможности для изучения микробиома. Вместо того чтобы связывать целые виды бактерий с заболеваниями, ученые в конечном итоге смогут сосредоточиться на конкретных популяциях, которые имеют наибольшее значение. Это может улучшить поиск биомаркеров и в долгосрочной перспективе помочь сделать терапию более точной, например, путем стимулирования роста полезных штаммов бактерий или уменьшения количества проблемных.

Далее команда планирует изучить, какие гены отличают выявленные популяции друг от друга и какие биологические функции могут контролировать эти гены.

* Информация представлена исключительно в ознакомительных целях и не служит рекомендацией для лечения заболеваний