Генетические характеристики бактерий, населяющих кишечник, могут зависеть от возраста человека, как и состав самой микробиоты. Даже представители одного и того же вида микроорганизмов способны отличаться друг от друга по отдельным фрагментам ДНК, и такие вариации могут коррелировать с особенностями организма. Недавняя научная работа выявила подобные корреляции и позволила выдвинуть гипотезы о том, какие бактериальные функции могут быть важны для понимания процессов старения. Подробнее о результатах исследования читайте в материале «Известий».
Генетические вариации внутри микробиомаУченые обработали информацию о 10 781 участнике из шести независимых когорт. В общей сложности было исследовано 11 831 проб кишечной микробиоты, а генетические особенности микроорганизмов сравнивались с 244 параметрами здоровья и внешними факторами. В результате исследователи обнаружили примерно 12,8 миллиона однонуклеотидных полиморфизмов — то есть замен отдельных нуклеотидов в ДНК бактерий.
Статья, вышедшая в журнале Nature, выявила 940 независимых ассоциаций между генетическими вариантами микроорганизмов и 69 признаками человека. К таким признакам относятся возраст, пол, а также маркеры сердечно-сосудистого и метаболического благополучия. По словам авторов, исследование отдельных генетических вариантов позволяет обнаружить отличия, которые могут быть не видны при анализе лишь видового состава и численности бактерий.
Связи, выявленные с возрастомИменно с возрастом было связано самое большое количество генетических ассоциаций. В общей сложности 99 независимых сигналов, охватывающих 8117 генетических вариантов в 42 бактериальных видах, коррелировали с этим параметром. Самый яркий пример связан с бактерией Faecalibacterium prausnitzii: пять вариантов гена sarA_2 воздействуют на структуру белка, являющегося частью транспортного комплекса.
У участников, в чьих образцах обнаруживался один из возраст-ассоциированных вариантов, средний возраст был примерно на 4,9 года больше, чем у тех, у кого его не было. Исследователи выдвинули гипотезу, что эти мутации могут воздействовать на перенос глутатиона — соединения с антиоксидантной активностью, защищающего клетки от окислительного повреждения. Но это лишь вероятное объяснение: авторы анализировали структуру белка и моделировали его связывание с глутатионом, а не проверяли данный механизм в экспериментах с участием людей.
Помимо этого, коллектив разработал модель машинного обучения для предсказания хронологического возраста на основе генетических данных кишечных бактерий. На независимых выборках эта модель объясняла от 12,8 до 42% дисперсии возраста. Это свидетельствует о потенциальной пользе микробиома как источника информации, однако не говорит о возможности точного определения биологического возраста человека по нему уже сейчас.
Почему одного лишь состава микробиоты малоОдной из характерных черт исследования является то, что большинство выявленных ассоциаций не сопровождалось существенными изменениями численности соответствующих микроорганизмов. Согласно данным авторов, в 65,74% случаев независимые сигналы ассоциации генетических вариантов бактерий с признаками человека не коррелировали со статистически значимым изменением обилия соответствующих видов.
Таким образом, у двух людей может быть сходный состав кишечной микробиоты, однако бактерии одного вида у них будут иметь генетические отличия. Эти различия потенциально способны влиять на функции белков и другие характеристики микроорганизмов. Следовательно, простой подсчет видов и оценка их обилия не всегда дают полную картину микробиома.
Исследователи также проанализировали трехмерную структуру белков, на которые влияют генетические изменения. В частности, были выделены варианты, находящиеся в областях, критичных для связывания с молекулами или белок-белковых взаимодействий. Подобный подход позволяет строить предположения о возможных функциях бактерий, которые впоследствии могут быть проверены экспериментально.
Может ли микробиом дать информацию о старенииПолученные данные не подтверждают, что генетические вариации кишечных бактерий вызывают старение или ускоряют его. Работа обнаружила статистические корреляции, однако не определила направление причинно-следственной связи. К примеру, возрастные сдвиги в организме могут формировать среду, в которой определенные варианты микроорганизмов получают преимущество. Также нельзя исключать влияние дополнительных факторов, одновременно связанных со здоровьем и составом микробиоты.
Следующий шаг — проверка предложенных механизмов и выяснение того, каким образом конкретные генетические варианты воздействуют на функции бактерий. Для этого понадобятся дальнейшие исследования, включая экспериментальные работы. На данный момент результаты исследования служат основой для последующего изучения взаимодействия микробиома и организма, а не готовым инструментом для определения возраста или оценки персональных рисков для здоровья.