Intestinal mikroflora gør en person til en "superorganisme" • Alexander Markov • Videnskabsnyheder om "Elements" • Genetik, biologi

Intestinal mikroflora gør en person til en “superorganisme”

En af de mest udbredte repræsentanter for tarmfloraen, bakterien Bifidobacterium longumvokser godt i kunstige omgivelser. Mange andre intestinale mikrober er blandt de "udyrkede" (foto fra www.nyusankin.or.jp)

Undersøgelsen af ​​mikrobielt DNA, isoleret fra indholdet af tarmene, gav amerikanske videnskabsmænd mulighed for at vise tarmfloraens høje arts mangfoldighed og dens vigtige rolle i stofskiftet. Ifølge forskere er en person sammen med mikrober, der lever i tarmene, en enkelt "superorganisme". Metabolismen af ​​denne superorganisme bestemmes i høj grad af enzymer, hvis gener er lokaliserede ikke i humane kromosomer, men i genomerne af symbiotiske mikrober.

I molekylærbiologiske studier er hovednøglen til succes et godt valg af objektet og metoden. Nye effektive metoder udviklet til at løse specifikke problemer kan pludselig vise sig at være meget nyttige på helt forskellige områder. Det er netop det, der skete i denne sag.

En stor gruppe biologer fra seks amerikanske forskningsinstitutioner har fundet en usædvanlig brug af de nyeste teknikker designet til at "læse" genomerne af forskellige organismer.Forskere har anvendt disse metoder til DNA udvundet af menneskelige afføring for at opnå en generel karakteristik af tarmmikrofloraen.

Det anslås, at mere end 1 kg mikroorganismer, der tilhører hundreder af forskellige arter, er til stede i tarmen hos en voksen. Præcis deres artssammensætning er ukendt. Mikrobiologer kender "ved syn" kun et par dusin typiske repræsentanter, der kan dyrkes på kunstige medier. Som det viste sig for nylig (og denne opdagelse var et chok for mikrobiologer), vokser de fleste mikroorganismer, der eksisterer i naturen, ikke på kunstige medier. Sådanne mikrober kaldes "udyrkelige". I tyndtarm er de også mest sandsynligt størstedelen. Alt om disse mikrober kan kun læres fra DNA-nukleotidsekvenserne i prøver taget fra naturlige medier.

Forskerne isolerede DNA fra fæces af to personer, der ikke havde taget stoffer nogle år tidligere, og udførte omfattende sekventeringsarbejde – bestemmelse af nukleotidsekvensen af ​​DNA-fragmenter. Sekvesterede stykker blev derefter samlet i længere fragmenter baseret på tilstedeværelsen af ​​overlappende endestykker.områder. Resultatet var omkring 74 tusind ikke-gentagende stykker med en samlet længde på over 78 millioner basepar. Til sammenligning i det menneskelige genom 2,85 milliarder basepar, i genomet af en bakterie, normalt 2-5 millioner basepar.

Det er klart, at forfatterne af undersøgelsen ikke forventede at få de fulde genomer af alle intestinale mikrober. For at gøre dette, ville de skulle gøre flere størrelsesordener mere indsats. På dette tidspunkt ønskede de kun at få en generel ide om mangfoldigheden af ​​det mikrobielle samfund, dets struktur og vigtigst af alt metabolisme. Og for dette var den resulterende prøve af genomiske sekvenser tilstrækkelig.

En sådan radikal tilgang til undersøgelsen af ​​samfund – at sætte alle i en bunke, at pund og genvinde – fik endda et særligt navn: "metagenomisk analyse".

På næste trin i de sekventerede sekvenser søgte de efter gener med kendte funktioner og forsøgte at bestemme hvilke fragmenter der tilhører bakterier, og hvilke til archaea. Til dette blev sekvenserne sammenlignet med det kendte, det vil sige gener af bakterier og archaea indført i databaserne såvel som med deres fulde genomer.Genene af det ribosomale RNA (16S), som traditionelt klassificeres som mikrober, blev analyseret separat.

I den "eksplicitte form" af generne af ribosomal RNA er kun 72 arter af bakterier (ud af dem, 60 ukultiverbare og 16 nye til videnskab) og en type arkæa (methanogen Methanobrevibacter smithii), men autograferne understregede statistisk, at hvis arbejdet med DNA-sekventering fra de samme prøver blev videreført, ville antallet af identificerede mikrobielle arter være mindst 300. Forfatterne tilskrivte forskellige "sorter" de ribosomale RNA-gener, der har lignende nukleotidsekvenser oversteg ikke 97%.

Forskerne analyserede den kvantitative fordeling af identificerede mikrobielle gener af funktionelle grupper for at rekonstruere hovedtræk ved "total metabolisme" af tarmfloraen. For dette blev procentforholdet mellem gener med forskellige funktioner i alle læse mikrobielle genomer sammenlignet med det, der blev fundet i prøven under undersøgelse.

Det viste sig, at i tarmmikrofloraen er andelen af ​​gener relateret til metabolisme af plantepolysaccharider, nogle aminosyrer og vitaminer samt methanogenese kraftigt forøget.Baseret på analysen identificerede forfatterne de vigtigste metabolske funktioner, som mikrober udfører i tynden. Dette er først og fremmest fordøjelsen af ​​plantepolysaccharider, som ikke kan fordøjes af enzymer kodet i det humane genom. Med disse vanskelige absorberende kulhydrater spredes fermenterende bakterier, som udsender organiske syrer med lav molekylvægt (acetat, propionat, butyrat) som slutprodukter af stofskiftet. Det faktum, at for fermentorer er fermentorer et affaldsprodukt, for mennesker er det fuldstændigt "spiselige" stoffer, som aktivt absorberes af tarmepitelet. Det anslås, at folk får ca. 10% af deres kalorier fra denne usædvanlige kilde (dette estimat gælder for tilhængere af en typisk "europæisk" diæt).

Ud over menneskelige spiselige stoffer udsender fermentorer også molekylært hydrogen som et biprodukt (H2), som er skadeligt for sig selv og forhindrer deres vækst og levebrød. For processen med at fordøje vegetabilske polysaccharider for at gå effektivt, skal en person hele tiden bortskaffe det hydrogen, der dannes. Dette er hvad metanogen er involveret i. Methanobrevibacter smithii og muligvis nogle andre archaea-methanogener og sulfatreducerende bakterier. Under methanogenese absorberes hydrogen og carbondioxid, og metan frigives.

I tarmfloraens "kumulative genom" er procentdelen af ​​gener forbundet med syntesen af ​​essentielle aminosyrer og vitaminer stærkt forøget. Mikrober lette i høj grad menneskeliv og producerer betydelige mængder af disse stoffer, vi har brug for. Desuden har tarmflora et stort arsenal af enzymer til neutralisering af giftige stoffer, der findes i vores daglige mad, især planter.

Mikrobielle genomer tjener således som en vigtig tilføjelse til genomet Homo sapiens. Selvom det ikke er typisk for videnskabelige værker, der blev offentliggjort i dag i Vesten, besluttede forfatterne i denne sag en filosofisk generalisering. Efter deres mening bør en person betragtes som en "superorganisme", hvis metabolisme er tilvejebragt af det fælles koordinerede arbejde af enzymer kodet ikke kun i genomet Homo sapiens, men også i genomerne af hundredvis af arter af symbiotiske mikrober. Forresten er andelen af ​​humane gener i det samlede genom af denne "superorganisme" ikke mere end 1%.

Kilde: Steven R. Gill et al. Metagenomisk analyse af den humane distale gut-mikrobiom // Videnskab. 2006. V. 312. P.1355-1359.

Se også:
En vektor af vegetative infektioner kan være en person, "Elements", 12.22.2005.

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: :???: :?: :!: