Исследование: микробы в организме человека меняют гены даже через границы тканей
Исследователи сообщают, что бактерии в организме человека обмениваются генами друг с другом с большей скоростью, чем это обычно наблюдается в природе, и некоторые из этих генов, по-видимому, перемещаются — независимо от их микробных хозяев — из одной части тела в другую. Журнал « Научные доклады» .
Полученные результаты являются результатом метода молекулярного анализа данных, первоначально концептуализированного Кьюнг Мо Кимом, старшим научным сотрудником Корейского полярного исследовательского института. Университет сельскохозяйственных культур штата Иллинойс и профессор Института геномной биологии им. Карла Р. Вуса Густаво Каэтано-Аноллес разработали этот подход со своим бывшим студентом Аршаном Насиром из Университета COMSATS, Исламабад, Пакистан, который в настоящее время является заслуженным научным сотрудником в Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Йорке. Мексика.
Этот сложный в вычислительном отношении метод позволил им идентифицировать случаи «горизонтального переноса генов », прямого переноса генов между организмами вне полового или бесполого размножения .
«Горизонтальный перенос генов является основной силой обмена генетической информацией на Земле», — сказал Каэтано-Аноллес. «Эти обмены позволяют микроорганизмам адаптироваться и процветать, но они, вероятно, также важны для здоровья человека . Есть некоторые бактерии, которые не могут жить вне нашего тела, а некоторые без которых мы не можем жить».
«Лучшее понимание этого явления также будет иметь важное значение для общественного здравоохранения, поскольку появление патогенов с множественной лекарственной устойчивостью в результате горизонтального распространения генов, устойчивых к антиобиотикам, стало глобальной проблемой», — сказал Насир.
Для нового анализа ученые использовали геномную информацию, чтобы построить десятки тысяч «генеалогических деревьев» бактерий, которые колонизируют организм человека. Примирение с деревьями микробных генов позволило команде выяснить, какие гены были унаследованы, а какие были результатом горизонтального переноса генов.
«Большинство современных методов определения горизонтального переноса генов сравнивают особенности ДНК или статистическое сходство между геномами для выявления чужеродных генов», — сказал Насир. «Это работает довольно хорошо для относительно недавних переносов генов, но часто не в состоянии идентифицировать события переноса, которые произошли миллионы или миллиарды лет назад».
По его словам, более трудоемкий подход позволил команде преодолеть этот барьер.
«Мы изучали связанные с человеком микроорганизмы, поскольку они, как известно, играют ключевую роль в поддержании здоровья человека и обмена веществ», — сказал Насир. «Мы рассчитали скорость и направление переноса генов — кто кому что передал — для более 1000 эталонных бактериальных геномов, отобранных в рамках проекта по микробиому человека Национального института здравоохранения».
Бактерии были взяты из шести участков человеческого тела: кишечника, кожи, полости рта, крови, мочеполовой системы и дыхательных путей.
По словам Каэтано-Анольеса, исследователи нашли доказательства, подтверждающие ранее сделанные выводы о том, что бактерии, связанные с человеком, довольно разнородны со своими генами.
«Горизонтальный обмен между микробами в нашем организме примерно на 30 процентов выше, чем на остальной планете», — сказал он. «Это означает, что наши тела предоставляют уникальную нишу и способствуют инновациям на уровне микробов».
Около 40 процентов обмена генами произошло среди бактерий, живущих в тех же самых участках тела. Остальные 60 процентов включали обмен генами между бактериями в разных тканях, например между организмами в кишечнике и в крови.
Во всех случаях перенос генов был наиболее распространенным среди близкородственных организмов, независимо от того, занимали ли они одни и те же или разные ткани организма. Фактически, сообщают исследователи, обмен генами между организмами в разных участках тела происходил с большей скоростью, чем обмен генами между отдаленно родственными бактериями, живущими в тех же местах.
«Некоторые из них могут быть очень старыми событиями переноса генов, которые произошли до того, как микробы колонизировали человеческое тело», — сказал Насир. «Также возможно, что некоторые бактерии колонизируют разные участки человеческого тела в разные моменты времени жизни человека. Другие могут быть результатом переноса бактериальной ДНК из одного участка в другой, возможно, через кровь. Нам нужны дополнительные экспериментальные доказательства чтобы проверить эту дразнящую возможность. »
Исследователи говорят, что другие ученые могут использовать инструмент, который они разработали для этой работы, HGTree , чтобы более точно предсказать, какие гены были унаследованы «по вертикали» в процессе репродукции, а какие были получены от других микробов посредством горизонтальной передачи генов . По словам исследователей, это приведет к лучшему пониманию эволюции микроорганизмов и человека.
