Tarmmikrofloraen afhænger lidt af værtsgenotypen, men er tæt forbundet med dens fænotype • Alexander Markov • Videnskabsnyheder om "Elements" • Genetik, Medicin, Mikrobiologi

Intestinal mikroflora afhænger ikke af værtsgenotypen, men er tæt forbundet med dens fænotype.

Fig. 1. Data om oprindelsen af ​​mennesker fra den israelske stikprøve korrelerer med genetiske data, men ikke med sammensætningen af ​​tarmmikrobioten. Til venstre: analyse af den genetiske diversitet af prøven ved anvendelse af hovedkomponentmetoden. Det kan ses, at grupper af forskellig oprindelse (Ashkenazi, Jemeni-jøder osv.) Danner separate klynger i diagrammet. Det betyder, at der er genetiske forskelle mellem grupper, og at deltagerne rapporterede ægte information om deres oprindelse. Til højre: Et lignende diagram baseret ikke på genetik, men på sammensætningen af ​​den intestinale mikrobiota. Klynger svarende til grupper af forskellig oprindelse er fraværende. Dette går ind for manglen på en tæt sammenhæng mellem den humane genotype og mikrobiotas sammensætning. Figur fra den diskuterede artikel inatur

Sammenligning af tarmmikrobiotas sammensætning med genotypen, livsstil og fænotypiske træk hos 1046 israelere og 836 nederlandske viste, at tarmens mikrobielle population ikke afhænger af værtsgenotypen og er hovedsageligt bestemt af miljøfaktorer. Samtidig er mikrobiotas sammensætning signifikant korreleret med mange fænotypiske træk, der er vigtige fra et medicinsk synspunkt.Som det viste sig, er det ifølge sammensætningen af ​​tarmmikrobioten muligt at forudsige tilstanden af ​​nogle træk med omtrent samme nøjagtighed som for genotypen, og hvis vi tager hensyn til både gener og mikrobiota, fordobles forudsigelsesnøjagtigheden. Resultaterne understreger vigtigheden af ​​at studere tarmbakterier, herunder udvikling af personlig medicin.

Tanken om, at flertallet af multicellulære organismer faktisk er "symbiotiske superorganismer", hvor mange af deres egenskaber bestemmes af mikroskopiske symbionter, bliver i stigende grad anvendt i det biologiske liv. "Elements" har gentagne gange taget fat på dette emne (se links i slutningen af ​​nyhederne).

Mands tarmmikrobiota og dens mangefacede forbindelser med fænotypiske træk, som er vigtige for os (herunder risici ved forskellige sygdomme) er blevet undersøgt meget aktivt i de seneste år, men nogle grundlæggende spørgsmål er stadig uopløst. En af disse er graden af ​​mikrobiotas arvelighed, det vil sige i hvilken grad sammensætningen af ​​den intestinale mikrobielle befolkning afhænger af individets gener, og hvor i "miljøet" i vid forstand, det vil sige om kost, livsstil, medicin og alt andet.

Tidligere forsøg er blevet foretaget for at vurdere mikrobiotas arvelighed og at finde specifikke gener, der påvirker dets sammensætning (herunder anvendelse af genomsøgningen af ​​søgning efter foreninger, se GWAS). Disse undersøgelser gav modstridende resultater. På den ene side blev dusinvis af polymorfe loci fundet i det humane genom, som tilsyneladende korrelerer med de eller andre karakteristika ved den intestinale mikrobiota. På den anden side var den statistiske pålidelighed af de fundne korrelationer som regel lav, og sætene af generne, der blev fundet i forskellige undersøgelser, viste sig at være mistænkeligt forskellige fra hinanden.

Et stort team af biologer fra flere videnskabelige institutioner i Israel har i samarbejde med kolleger fra Nederlandene tilsyneladende gjort den største forskning til dato for at afklare det kontroversielle spørgsmål om indflydelse af gener og miljø på vores tarms mikrobielle befolkning.

Hovedstudien blev udført på en stikprøve på 1046 israelere, og resultaterne blev derefter sammenlignet med tidligere opnået data for 836 indbyggere i Holland.

For hver enkelt person blev den kvalitative og kvantitative sammensætning af tarmmikrobioten ved hjælp af metagenomanalysen (se Metagenomics) bestemt med stor nøjagtighed.Alle emner blev genotypet for 712.540 polymorfe loci (se: Enkeltnukleotidpolymorfisme), som i sammenhæng med denne opgave adskiller sig lidt fra at læse de fulde genomer. For hver enkelt person blev der indsamlet oplysninger om en række fænotypiske træk (såsom højde, vægt, talje størrelse, glykæmisk indeks, kolesteroltal osv.) Såvel som diæt (personer måtte fortælle om deres spisevaner, kan også betragtes som fænotypiske træk). Derudover måtte fagpersonerne fortælle, hvor alle deres bedsteforældre kom fra. Dette gjorde det muligt for den israelske prøve at blive opdelt i seks dele ved afstigning (Ashkenazi, Sephardic, indvandrere fra Jemen, Nordafrika, Mellemøsten og sidstnævnte, landsholdet, gruppen "andre", herunder folk med blandet oprindelse).

For det første sammenlignede forfatterne personoplysningerne om oprindelsen med genotyper. Grupper af forskellig oprindelse dannede klare klaser langs sæt af alleler, som man ville forvente (figur 1, venstre). Dette er i overensstemmelse med ideen om, at der er genetiske forskelle mellem askenazi, sephardisk osv., Og at folk har givet sandt information om deres oprindelse.Derudover viste personer med blandet oprindelse en stærk positiv sammenhæng mellem lighed mellem oprindelse og lighed i genotype. Samtidig kunne der ikke findes nogen forbindelse mellem en mands oprindelse og sammensætningen af ​​hans intestinale mikrobiota (figur 1, højre). Især er der ingen sammenhæng mellem lighed mellem oprindelse og lighed i mikrobiota. Dette gælder både for mikrobiotas integrerede egenskaber, såsom dets samlede taxonomiske mangfoldighed og for overflod af individuelle grupper af mikroorganismer. Heraf følger, at arveligheden af ​​mikrobiotas egenskaber (det vil sige deres afhængighed af individets gener), hvis den eksisterer, ikke er for stor.

En nylig undersøgelse foretaget på 1126 par tvillinger fra Det Forenede Kongerige (se Twin studie) afslørede 33 taxoner af intestinale mikroorganismer med betydelig arvelighed (J. K. Goodrich et al., 2016. Genetic Determinants of the Gut Microbiome in UK Twins). Er disse resultater i modstrid med hinanden? Forfatterne reprocesserede data fra arbejde i 2016 og fandt ud af, at alle identificerede grupper af "arvede" mikrober samlet set udgør kun 5,6% af den intestinale mikrobielle population. På baggrund af denne omstændighed viser det sig, at værtsgenotypen kun forklarer fra 1,9 til 8,1% af variabiliteten i sammensætningen af ​​tarmmikrobioten.En sådan stor spredning forklares af, at der ikke er nogen fuldstændig klarhed om spørgsmålet om omfanget af de anvendte statistiske kriterier, der er nødvendige i denne sag. Men under alle omstændigheder viser det sig, at tarmmikrobiotas arvelighed er lille sammenlignet med indflydelsen af ​​miljøfaktorer.

Forfatterne forsøgte derefter at identificere specifikke enkelt nukleotidpolymorfier, der korrelerer med eventuelle egenskaber ved tarmmikrobiotikken. I tidligere undersøgelser blev der fundet flere snesevis af polymorfier, der synes at påvirke forskellene mellem individer i den mikrobiotiske taksonomiske sammensætning. Nye data bekræftede imidlertid ikke dette link. Desuden formåede forfatterne at få argumenter til fordel for, at de tidligere opnåede resultater højst sandsynligt er en artefakt af de anvendte statistiske metoder og ikke bevise eksistensen af ​​reelle relationer.

Selv om effekten af ​​genotypen på mikrobiota ikke registreres på niveauet for hele det mikrobielle samfund som helhed, synes nogle loci stadig at have en betydelig, omend svag virkning på overfloden af ​​nogle slægter og typer af bakterier. Med størst tillid kan vi tale om virkningen af ​​adskillige polymorfier forbundet med metabolismen af ​​mælkesukkerlaktose, på overflod af bakterier i slægten Bifidobacterium. Denne konklusion, som andre forskningsresultater, blev først opnået på en israelsk prøve, og derefter bekræftet i Nederlandene.

Yderligere argumenter til fordel for, at tarmmikrobioten hovedsagelig afhænger af miljøet og ikke på menneskelige gener, analyserede data om personer, der er relateret til slægtskab, men som bor hver for sig, såvel som på uafhængige personer, der bor sammen. Det viste sig, at i det første tilfælde er tarmmikrobiotas lighed ikke steget i forhold til gennemsnittet, og i det andet tilfælde – signifikant øget.

Konklusionen om den svage afhængighed af den intestinale mikrobielle population på værtsgenene stiller nye spørgsmål til forskerne for at fastslå årsagerne til den relative stabilitet af sammensætningen af ​​tarmmikrobioten. Det er kendt, at det mikrobielle samfund, der lever i tyndtarmene, har en vis stabilitet, relativt små ændringer over tid, og til og med er i stand til at modstå forstyrrelser forbundet med infektioner og antibiotika i en vis grad (CA Lozupone et al., 2012. Mangfoldighed, stabilitet og robusthed af den humane tarmmikrobiota). Hvis sammensætningen af ​​samfundet så lidt afhænger af de menneskelige gener (og derfor burde være afhængig af miljøet), så opstår spørgsmålet, hvad der sikrer dets stabilitet.Svaret på dette spørgsmål bør give fremtidig forskning, men det er for øjeblikket åben.

Den næste opgave, som forskerne satte for sig selv, var at finde en sammenhæng mellem mikrobiotas sammensætning og fænotypiske egenskaber hos mennesker. Til dette blev der udviklet en kvantitativ indikator, som forfatterne udpegede som b2 (analogt med arvelighed, som traditionelt betegnes h2). hvis h2 – det er blot at angive andelen af ​​variabilitet på basis af den studerede populations genetiske variabilitet (eller den nøjagtighed, som fænotypen af ​​genotypen kan forudsiges), så b2 – Dette er en værdi, der viser nøjagtigheden, hvormed fænotypen af ​​tarmmikrobiomet kan forudsiges.

Beregningerne blev udført separat for de israelske og nederlandske prøver. Resultaterne er vist i tabellen.

fænotypeKontakt med mikrobiota (b2),
Israelske stikprøve
Kontakt med mikrobiota (b2),
Hollandsk prøve
Arvelighed (h2),
ifølge litterære data
Højdensitets lipoproteiner35,9%27,9%23,9%-48%
Lactoseindtag35,5%ingen dataingen data
Talje omkreds28,8%26%15%-24%
Ligh Circumference27,1%28%10,6%-27%
Glykæmisk indeks24,5%ingen dataingen data
Kropsmasseindeks24,5%27,8%14%-32%Talje til hofteforhold23,9%6,9%12%-14%Glukoseniveau21,9%8%9%-33%Glycosyleret hæmoglobin16,1%8,4%21%-32%kreatinin12,3%6,7%19%-25%vækst3,2%25,9%33%-68%Samlet kolesterol0%13,5%14%-53%

Det viste sig, at mange fænotypiske træk kan "forudsiges" af sammensætningen af ​​den intestinale mikrobiota med omtrent samme nøjagtighed som for genomet. Det er vigtigt, at forudsigelser baseret på den intestinale mikrobielle population og på værtsgenomet ikke duplikerer, men supplerer hinanden (dette kan forventes, idet mikrobiotaten er meget svagt forbundet med gener), og derfor kan samtidig forudsigelse af begge fordele nøjagtigheden fordobles.

En vigtig nuance er, at korrelationerne mellem mikrobiota og fænotype ikke siger noget om retningen af ​​årsagsforhold. Dette er en grundlæggende forskel i præstation. b2 og h2. Gener påvirker fænotypen, men fænotypen har ingen omvendt virkning på generne. Fortolk derfor værdien h2 simpel: det afspejler i en første tilnærmelse generens indflydelse på et træk. Mikrobiota er forkert: det kan påvirke fænotypen, men fænotypen kan påvirke mikrobiota. Dette er især tydeligt for fænotypiske egenskaber forbundet med spiseadfærd (daglig indtagelse af kalorier, fedtstoffer, kulhydrater osv.).

Men selvom vi ikke ved dethvor er årsagen, og hvor er effekten, viser resultaterne stadig, at under hensyntagen til sammensætningen af ​​tarmmikrobioten ved vurderingen af ​​risikoen ved forskellige sygdomme eller valg af metoder til forebyggelse og behandling, kan det ikke være mindre vigtigt end at tage hensyn til patientens genetiske egenskaber. Tilsyneladende vil udviklingen i de kommende år udvikle sig hurtigt, og snart lærer vi meget om tarmmikrobiotas bidrag til dannelsen af ​​vores fænotype.

Kilde: Daphna Rothschild, Omer Weissbrod, Elad Barkan, Alexander Kurilshikov, Tal Korem, David Zeevi, Paul I. Costea, Anastasia Godneva, Iris N. Kalka, Noam Bar, Smadar Shilo, Dar Lador, Arnau Vich Vila, Niv Zmora, Meirav Pevsros Fischer, David Israel, 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 og Eran Segal. Miljøet dominerer over menneskets genetik i formgivning af menneskets tarmmikrobiotika // natur. Udgivet online 28. februar 2018. DOI: 10.1038 / nature25973.

Se også:
1) Intestinal mikroflora gør en person til en "superorganisme", "Elements", 09.06.2006.
2) Fedme kan være smitsom, "Elements", 12/25/2006.
3) Intestinale bakterier hjælper japanskerne til at fordøje alger, "Elements", 04/08/2010.
4) Behandling af intestinal dysbiose lindrer symptomerne på autisme, "Elements", 12/13/2013.
5) påvirker en persons mikrobiomer sin religiositet?, "Elements", 08.22.2014.
6) Tarmbakterier påvirker musens sociale adfærd, "Elements", 06/21/2016.
7) En patogen bakterie forbedrer sine ofre, der hjælper dem med at overleve, og for sig selv – at sprede "Elements", 01/31/2017.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: