Окружение и гены: секретный невидимый обмен в кишечнике запускает цепную бактериальную реакцию

Мы привыкли считать, что наши гены — это сугубо личное достояние, которое влияет только на нас. Однако новое исследование, опубликованное в Nature Communications, переворачивает это представление. Оказывается, генетический профиль ваших близких — членов семьи, соседей по комнате или даже коллег — может напрямую влиять на экосистему вашего кишечника через обмен микробами. Это открытие позволяет по-новому взглянуть на то, как социальные связи формируют нашу биологию.

Фото: https://commons.wikimedia.org by www.scientificanimations.com, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/

Выявлены бактерии микрофлоры

Социальная генетика: открытие нового механизма влияния

Международная команда исследователей из Центра геномной регуляции (Барселона) и Калифорнийского университета в Сан-Диего совершила прорыв, изучив более 4000 лабораторных крыс. Учёные обнаружили, что состав микробного сообщества в кишечнике каждой особи зависит не только от её собственной ДНК, но и от генетики её "соседей" по клетке. Это первое масштабированное доказательство того, что генетические эффекты могут передаваться опосредованно — через обмен комменсальными микроорганизмами при тесных социальных контактах.

"Это не магия, — поясняет старший автор исследования доктор Амели Бо. — Это естественный процесс: гены формируют микробиом, а микробы передаются между особями. Таким образом, генетическое влияние одного человека распространяется на других, не меняя их ДНК".

Три генетических ключа к микробному царству

Исследователи идентифицировали три конкретных генетических локуса, устойчиво влияющих на кишечные бактерии всех четырёх независимых групп животных:

1. Ген St6galnac1, кодирующий ферменты для модификации кишечной слизи сахарными остатками, был тесно связан с обилием бактерий Paraprevotella — вероятно, питающихся этими сахарами.
2. Кластер генов муцинов, отвечающих за построение защитного слизистого барьера, ассоциировался с бактериями из типа Firmicutes.
3. Ген Pip, продуцирующий антибактериальную молекулу, влиял на представителей семейства Muribaculaceae.

Эти взаимосвязи оказались статистически мощными и воспроизводимыми в разных условиях содержания, что указывает на фундаментальный биологический механизм.

Непрямой эффект: когда гены соседа важнее твоих собственных

Наиболее революционным аспектом работы стало количественное разделение прямого (собственные гены) и непрямого (гены партнёров) воздействия на микробиом. Выяснилось, что для некоторых бактерий (например, Muribaculaceae) косвенное генетическое влияние через социальных партнёров было сопоставимо с прямым или даже превосходило его.

Когда исследователи включили эти "социальные генетические эффекты" в расчётные модели, общее объяснительное влияние генетики на вариабельность микробиома увеличилось в 4-8 раз для ключевых бактерий.

"Мы, вероятно, увидели лишь верхушку айсберга, — отмечает доктор Бо. — С улучшением методов анализа микробиома мы можем обнаружить, что такие эффекты распространяются на гораздо большее количество микробных видов".

Последствия для здоровья человека

Обнаруженные механизмы, вероятно, универсальны для млекопитающих. Например, ген St6galnac1 у крыс функционально аналогичен человеческому ST6GAL1. Оба связаны с одними и теми же бактериями (Paraprevotella), что предполагает общий эволюционный путь регуляции микробиома через гликозилирование слизи.

Это открывает новые горизонты для понимания болезней:

• ST6GAL1 ассоциирован с "прорывными" инфекциями SARS-CoV-2 у вакцинированных. Paraprevotella, количество которой он регулирует, способна разрушать пищеварительные ферменты, используемые вирусом для проникновения в клетки. Таким образом, генетический вариант человека может влиять на восприимчивость его окружения к инфекции.
• Paraprevotella может модифицировать иммуноглобулин А (IgA) в кишечнике. Изменённый IgA, попадая в кровоток, способен повреждать почки, что является ключевым механизмом этого аутоиммунного заболевания.

Новая парадигма социальной генетики

Это исследование устанавливает новую парадигму: генетическое влияние на здоровье не ограничивается индивидуальным уровнем. Оно распространяется социально, через микробный обмен в сообществах. Это означает, что ваш генетический риск — или защита — могут частично определяться генетикой вашего ближайшего окружения.

Дальнейшие работы команды будут сосредоточены на детальном изучении каскада реакций, запускаемых геном St6galnac1 — от состава слизи до изменения численности Paraprevotella и последствий для всего организма.

По мнению исследователей, это уникальный шанс продвинуться от корреляций к причинно-следственному пониманию того, как гены и микробиом совместно управляют здоровьем людей.