В кишечнике человека находятся триллионы микроорганизмов и бактерий, каждый со своим набором генов. Микроорганизмы могут оказывать как полезное, так и вредное воздействие на здоровье, защищать от воспалений и вызывать опасные для жизни инфекции. Для стимуляции роста полезных бактерий ученые пытаются найти пути для конкретных генов бактерии.
Идентификация генов кишечных бактерий
Кэтрин Поллард (Katherine Pollard) с соавторами из института Глэдстоуна (Gladstone Institute) заинтересованы в лучшем понимании того, какую роль бактерии играют в здоровье кишечника. Ученые хотят идентифицировать гены, которые помогают бактериям проходить через суровую среду желудка и выживать в нижнем отделе желудочно-кишечного тракта.
«Большинство бактерий в кишечнике произошли от родственных видов, поэтому у них много общих генов. Трудно выделить гены, которые действительно влияют на способность бактерий выживать в кишечной среде», – объясняет автор исследования Поллард.
В новом исследовании, опубликованном в научном журнале PLOS Computational Biology во главе с Патриком Брэдли (Patrick Bradley), говорится о новом подходе к пониманию бактерий, живущих в кишечнике.
Бактерии в организме человека трудно изучать с помощью традиционных экспериментальных методов. Ученым не хватает инструментов для выращивания и изучения многих видов бактерий в лаборатории, поэтому идентификация их генов является трудоемкой задачей.
Новые вычислительные методы и секвенирование ДНК позволяют определить, какие бактерии присутствуют в кишечнике человека и какие гены находятся в геномах бактерий.
Материалы и методы обследования
Брэдли применял метод филогенетического линейного моделирования, который часто использовался в экологии, но редко в геномике.
«С помощью этого метода мы используем информацию из эволюционного древа, которая отображает исторические отношения между различными видами», – объяснил Брэдли. «Мы первыми применили этот метод к данным метагеномики, который исходит из коллективного генетического материала от бактерий , присутствующих в организме человека».
Команда использовала этот подход для анализа данных сотен людей в промышленно-развитых странах.
Результаты научной работы
Тем не менее, исследователи из Глэдстоуна показали, что наблюдение за генами без учета общего происхождения бактерий может привести к ложным открытиям. Чтобы избежать подобных ловушек, ученые нашли новый подход для решения этой проблемы.
В результате Брэдли и Поллард обнаружили тысячи генов у разных видов, которые распространены в кишечнике. Они также искали гены в бактериях, которые более распространены в кишечнике, чем в других частях тела. Исследователи полагают, что гены, которые они идентифицируют, могут помочь бактериям колонизировать кишечник, например, позволяя им выживать в кислых средах, таких как желудок.
Кроме того, были обнаружены гены, связанные с бактериями, которые более распространены у пациентов с болезнью Крона, чем у здоровых пациентов.
«При болезни Крона некоторые бактерии с противовоспалительными свойствами, по-видимому, истощаются», – сказал Брэдли. «Если мы сможем идентифицировать гены, которые улучшат колонизацию кишечника, особенно у людей с болезнью Крона, то мы можем помочь лечить пациентов с помощью этих противовоспалительных бактерий».
«Если мы хотим нацелиться на отдельные гены бактерии, нам сначала нужно понять роль, которую они играют в колонизации кишечника», – сказала Поллард. «Это может дать возможность разработать лучшие пробиотики или предотвратить вторжение в кишечник вредных патогенов, таких как C. difficile».
Выводы
Этот метод основан на знаниях в различных областях, включая биоинформатику, экологию, эволюцию, биохимию, биостатистику и микробиологию. Он также может быть применен к генам, связанным с бактериями в других средах, помимо кишечника человека.
«Наше исследование показывает, что, используя бактерии, мы можем прогнозировать гены, которые могут быть важны в конкретной среде», – сказал Брэдли.
Авторы другого исследования утверждают, что пищевые добавки изменяют бактерии кишечника и вызывают колоректальный рак.
Ведущий специалист отдела организации клинических исследований, терапевт, врач ультразвуковой диагностики АО «СЗЦДМ» (г. Санкт-Петербург), главный редактор, учредитель сетевого издания Medical Insider, а также автор статей
E-mail для связи – [email protected];
