Ученые раскрыли механизм регуляции генов микробиотой

Микробиоту составляют микроскопические грибы, бактерии и вирусы, которые находятся с организмом в симбиозе. По современным представлениям, такая форма сожительства характерна для всех многоклеточных, включая губки и человека. Известно, что микробиота регулирует многие процессы жизнедеятельности и нужна для поддержания здоровья хозяина, в том числе за счет обучения иммунной системы. Однако механизмы такого влияния изучены недостаточно. Опыты на мышах показали, что рождение в стерильных условиях ограничивает разнообразие кишечной микробиоты и приводит к изменению экспрессии многих генов.

Схожим эффектом обладает прием антибиотиков. По одной из гипотез, изменение уровня транскрипции генов в этом случае может быть связано с появлением новых бактерий со специфическим воздействием. Альтернативное предположение заключается в том, что после гибели определенных микроорганизмов система перестает влиять на генотип. В новой работе сотрудники Университета Дьюка, Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл и других учреждений изучили роль в регуляции генотипа микробиотой ядерных рецепторов — ДНК-связывающих факторов транскрипции, расположенных в ядре или цитоплазме хозяйских клеток.

Для этого авторы провели анализ транскрипционных факторов-кандидатов, которые потенциально могут связываться с генами, подчиненными кишечной микробиоте. Согласно итогам, влиять на наибольшее число генов оказался способен рецептор HNF4A: он активирует транскрипцию половины (295 из 598) генов, реагирующих на микробиоту. Регулярные области последних содержали «сайты распознавания» HNF4A, причем их связывание, по мнению ученых, незначительно зависит от структуры хроматина (комплекса белков, РНК и ДНК, находящегося внутри клеток). Подавляя рецептор, микробиота снижает экспрессию указанных генов.

В норме между работой HNF4A и составом кишечной микробиоты наблюдается баланс, считают авторы. Утрата функциональности рецептора нарушает гуморальное равновесие. Поскольку ранее определенные свойства микробиоты и дефекты HNF4A уже связывали с патологическими процессами, новые данные могут подтверждать их роль в возникновении воспалительных заболеваний кишечника. Примечательно также, что последовательность HNF4A, по-видимому, консервативна у различных животных. В пользу этой гипотезы говорит тот факт, что аналогичные результаты в рамках экспериментов были получены на мышах и данио-рерио.

Подробности исследования представлены в журнале Genome Research.

Важную роль состава микробиоты для здоровья животных неоднократно демонстрировали эксперименты по «обмену» бактериями. В апреле 2017 года стало известно, что трансплантация микроорганизмов от более молодых к более зрелым нотобранхам Фурцера позволяет увеличить продолжительность жизни последних.