Новое исследование посвящено изучению того, как генетика человека влияет на функции микробиома кишечника, и расширяет представление о роли генетики человека в формировании микробиома.
Триллионы отдельных организмов, составляющих микробиом кишечника человека, оказывают значительное влияние на метаболические функции, заболевания и общее состояние здоровья. Менее ясно, как и в какой степени микробиом кишечника, в свою очередь, формируется под влиянием генома его хозяина. Илана Брито и ее соавторы применили новый подход к изучению генетических взаимодействий между хозяином и микробиомом и смогли выявить немало случаев, когда генетическая конфигурация хозяина напрямую влияет на функциональные характеристики микробиома кишечника. Их работа "Коллективные эффекты геномных вариаций человека на функции микробиома" опубликована в журнале Scientific Reports.
"Когда заболевание или фенотип вызваны одной генетической мутацией, поиск гена, ответственного за это, может быть относительно простым процессом, - говорит Брито. "Но так же часто целый комплекс генов может взаимодействовать, приводя к развитию заболевания или другого фенотипического проявления, что является гораздо более сложным механизмом". В геноме человека существует множество вариаций от человека к человеку и даже в парных хромосомах одного и того же человека.
Когда вариация возникает в результате замены одного нуклеотида, это называется однонуклеотидным полиморфизмом (SNP). Используя уникальный подход к вычислениям и моделированию, группа Брито смогла определить SNP, которые коррелируют с микробиом-ассоциированными признаками, заболеваниями и раком. Другими словами, они смогли показать прямое влияние генома человека на функции микробиома кишечника. "Связать вариации в геноме человека с вариациями в микробиоме кишечника было непросто, - говорит Брито, - потому что варианты генома человека коррелируют друг с другом и могут иметь взаимосвязанные функции, а виды бактерий в кишечнике также не являются независимыми друг от друга".
Новизна нынешнего исследования заключалась в использовании комплекса этих данных. Оно сфокусировано на функции микробиома кишечника, а не на генетическом составе каждого вида в скоплении организмов, образующих микробиом; оно рассматривает обширные совокупности человеческих генов и их влияние на функции микробиома, а не изучает отдельные гены; оно использует новый тип стратегии для моделирования распределения функций и видов в кишечнике человека.
Прошлые модели не очень хорошо подходили для характеристик, присущих массивам данных метагеномного секвенирования. Для оценки совокупной роли влияния генетики человека на состав и функции микробиома кишечника авторы применили вероятностное моделирование - гибкий метод интеграции многомерных данных. Они проанализировали микробиомы кишечника и генетические варианты 250 человек. Моделирование выявило SNPs в связанных с микробиомом метаболических признаках (ИМТ, кровяное давление) и связанных с микробиомом заболеваниях (диабет 2 типа, некоторые неврологические расстройства) и некоторых видах рака.
Как распространенные, так и редкие микробные функции, такие как белки системы секреции или резистентность к антибиотикам, были связаны с генетикой хозяина. Анализ видового обилия микроорганизмов, выявил известные ассоциации, такие как виды бифидобактерий, а также новые ассоциации. Несмотря на небольшой размер выборки, метод позволяет выявить не только ранее известные ассоциации, но и новые.
В целом, авторы представили новую и гибкую систему для изучения генетических взаимодействий между хозяином и микробиомом и внесли новое измерение в текущие дебаты о роли генетики человека на микробиом кишечника.
