Некоторые микроорганизмы в человеческом микробиоме обладают ферментами, способными метаболизировать потенциально опасный липид.
Ученые обнаружили в кишечнике человека бактерии, которые обладают полезной особенностью: ферментом, способным преобразовывать холестерин, закупоривающий артерии, в более безвредную форму, которая не усваивается организмом. Эта находка указывает на возможность лечения повышенного уровня холестерина. Хотя недавно описанные виды бактерий могут метаболизировать холестерин в лабораторных условиях, их способность вызывать изменения в уровне холестерина в крови хозяев еще предстоит подтвердить на животных моделях или в клинических испытаниях.
"Это очень интересно для дальнейшего изучения", - комментирует биоинформатик Даоминг Ванг из Гронингенского университета (Нидерланды), который не принимал участия в исследовании. Ванг добавляет, что методы, использованные в исследовании, опубликованном 2 апреля в журнале Cell, решают сложные проблемы, связанные с изучением микробиома человека. Исследование "действительно выдающееся", - соглашается биоинформатик Александр Курильщиков из Гронингенского университета, который также не принимал участия в работе.
Установлено, что микробиом кишечника человека влияет на уровень холестерина, и предыдущие исследования указывали на ферменты микроорганизмов, которые могут быть в этом задействованы. В исследовании 2020 года был обнаружен бактериальный фермент под названием ismA, который может превращать холестерин в копростанол - липид, который выводится из организма, а не всасывается. У людей, чьи кишечные бактерии вырабатывали этот фермент, уровень холестерина в крови был ниже, чем у тех, у кого его не было. Это исследование было опубликовано той же исследовательской группой под руководством гастроэнтеролога и микробиолога Рамника Ксавьера из Массачусетского госпиталя общего профиля, который является автором нового открытия. До сих пор было неясно, какие бактерии производят ферменты, метаболизирующие холестерин.
В рамках данного исследования ученые проанализировали геномы микроорганизмов в образцах кала 1429 участников долгосрочного исследования факторов риска развития сердечно-сосудистых заболеваний. Группа обнаружила множество видов кишечных бактерий, в том числе из рода Oscillibacter, которые коррелировали со снижением уровня холестерина. Исследователи подтвердили свои результаты на участниках двух независимых исследований.
Далее исследователи проверили два вида Oscillibacter и еще один вид бактерий на наличие генов, схожих с теми, которые, как известно, влияют на метаболизм холестерина. Для этого ученые использовали алгоритм глубинного обучения, который они назвали "моделью белкового языка". Модель оценивает не только особенности самого гена, но и предсказывает, как белок, кодируемый этим геном, будет складываться в трехмерную структуру. Дополнительная информация делает алгоритм более чувствительным, чем те, которые опираются только на информацию о гене. Они обнаружили, что у трех видов есть гены, кодирующие белки, структурно схожие с ismA и другими ферментами, участвующими в метаболизме холестерина.
По словам Ванга, эта методика является "инновационной и значимой", поскольку она позволяет добраться до "темной материи" микробиома: большого количества бактериальных генов, которые недостаточно похожи на известные гены, чтобы дать представление об их функциях. Авторы также показали в лабораторных экспериментах, что эти три вида могут метаболизировать холестерин. На основании полученных данных Ксавье предполагает, что предстоит открыть гораздо больше видов Oscillibacter, чем 25, выявленных в ходе исследования. Если бы эти виды бактерий или ферменты можно было доставлять в нужное место в кишечнике, можно было бы уменьшить необходимую дозу лекарств, таких как статины, чтобы снизить или контролировать уровень холестерина.
Однако на пути разработки такого лечения стоят препятствия. По словам Ксавье, доставка полезных бактерий хорошо зарекомендовала себя при лечении инфекций, вызванных распространенным патогеном Clostridium difficile, но токсин C. difficile уничтожает множество бактерий, освобождая место для полезных бактерий. По его словам, у людей, проходящих лечение от повышенного уровня холестерина, сохранится привычное сообщество микробиома кишечника, которое может вытеснить полезные бактерии. "До клиники еще далеко, - говорит Ксавье. Но "возможно, у пациентов, входящих в группу риска, мы сможем снизить этот риск на гораздо более ранней стадии", - считает он.
