Новости

Большое количество преимуществ пробиотиков для здоровья привело к развитию новой дисциплины, называемой пробиогеномикой, которая фокусируется на молекулярных механизмах действия пробиотиков.     Пробиотики нового поколения соответствуют понятию "живые биотерапевтические продукты" (ЖБП), которые могут быть использованы для разработки эффективных терапевтических средств для лечения различных заболеваний. Сочетание пробиотиков нового поколения с омическими технологиями значительно расширило возможности применения пробиотиков. Широкий спектр биомолекул может запускать многофакторные молекулярные механизмы, связанные с пользой пробиотиков для здоровья. Эти биомолекулы в основном являются продуктами метаболизма микроорганизмов или белковыми молекулами, присутствующими на поверхности клетки (например, белки поверхностного (S)-слоя Lactobacillus).    У Lactobacillus белок S покрывает всю бактериальную клетку. Он образует слой, который защищает от осмотического и механического стресса, бактериолитических ферментов, изменений значений рН и антимикробных пептидов. Только некоторые штаммы Lactobacillus производят S-белок, который играет существенную роль в проявлении пробиотических свойств. Этот S-слой находится в непосредственном контакте с микросредой и способствует адгезии к муцину и эпителиальным клеткам, опосредуя распознавание поверхности, аутоагрегацию и коагрегацию.    Биоактивные пептиды, экзополисахариды (EPSs) и бактериоцины являются потенциальными биомолекулами, оказывающими оздоровительное действие. Бактериоцины обладают антимикробными свойствами, которые помогают пробиотическим клеткам противостоять конкурентной полимикробной среде. EPS играет защитную роль, когда пробиотические клетки подвергаются воздействию кишечной среды. Кроме того, эти биомолекулы оказывают бифидогенное действие на кишечную микробиоту и обладают иммуномодулирующим, противомикробным, противоопухолевым и холестериноснижающим действием.     Биомолекулы также известны как сигнальные молекулы, которые могут обнаруживать микробные взаимодействия, а также регулировать сигнальные пути. Кроме того, биологически активные молекулы применяются в качестве биотерапевтических средств, в частности, как альтернатива антибиотикам. Ключевым источником новых пробиотических штаммов является микробиом человеческого молока, который состоит из видов бактерий, передающихся во время беременности и родов. Микробиом человеческого молока положительно влияет на формирование кишечной микробиоты новорожденных.    В недавнем исследовании, опубликованном в журнале International Journal of Molecular Sciences, оценивался вклад микробиоты человеческого молока в формирование кишечной микробиоты новорожденных. Кроме того, из образцов человеческого молока были выделены уникальные бактериальные изоляты. Авторы также охарактеризовали специфические клеточные молекулы, в частности, белки S-слоя, бактериоцины и EPSs, которые в будущем могут быть использованы в качестве пробиотиков. Эти биомолекулы также обладают биотерапевтическими свойствами.    В исследовании принимали участие здоровые матери, которые кормили новорожденных грудью в течение как минимум одного месяца после введения твердой пищи. Пятнадцать образцов человеческого молока и кала младенцев были собраны отдельно в трех разных временных точках, т.е. в течение одной недели после рождения младенца, одного месяца после рождения и одного месяца после введения твердой пищи. Из образцов человеческого молока было выделено около 100 штаммов бактерий. Lactobacillus helveticus, штамм, экспрессирующий S-слой, использовался в качестве положительного контроля, а Lactiplantibacillus plantarum, штамм, не продуцирующий S-слой, использовался в качестве отрицательного контроля. Антимикробные свойства оценивались по отношению к Listeria monocytogenes, Escherichia coli, Staphylococcus aureus и Salmonella enterica.    Данные секвенирования подтвердили, что образцы человеческого молока и кала младенцев имеют уникальный состав микробиома. Состав микробиома человеческого молока различался у разных матерей. Например, обилие Firmicutes варьировало от 43,36% до 83,37%, Bacteroidetes от 0,17% до 13,94%, Actinobacteria от 0,46% до 21,89%, Proteobacteria от 2,86% до 53,46% и Verrucomicrobia от 0% до 7,38%. У младенцев микробиом кала содержал различный уровень Firmicutes, Proteobacteria, Actinobacteria, Veruccomicrobia и Bacteroidetes.    Хотя микробиомы грудного молока и кала младенцев были похожи, в грудном молоке человека наблюдалось относительно большее обилие одних и тех же фил, чем в кале. Кроме того, α-разнообразие микробиома молока было значительно выше по сравнению с фекалиями. Этот вывод указывает на то, что микробиота молока более разнообразна, чем микробиота кала. В разные периоды лактации наблюдалось изменение состава микробиома молока человека, что повлияло на состав микробиома кала новорожденных. Например, со временем количество Actinobacteria и Verrucomicrobia увеличивалось в человеческом молоке и кале младенца. Примечательно, что после введения твердой пищи значительно увеличилось количество бактерий, относящихся к филуму Bacteroidetes.    С помощью иерархического кластерного анализа электрофоретических профилей RAPD-PCR было отобрано 28 генетически различных штаммов бактерий, являющихся продуцентами терапевтических биомолекул. Из микробиома человеческого молока были выделены четыре штамма L. brevis, которые синтезировали белки S-слоя и демонстрировали иммуномодулирующую активность в кишечнике. Кроме того, шесть штаммов L. plantarum продуцировали плантарицин, который оказывал антибактериальное действие. Синтезировали EPS только L. fermentum.    Таким образом, исследование показало, что каждый образец человеческого молока и кала младенца уникален с точки зрения микробиома. Однако оба исследованных микробиома оказались производителями биомолекул, обладающих терапевтическим действием. В будущем авторы будут продолжать анализировать бактериальные изоляты и их потенциальные терапевтические биомолекулы, которые могут стать потенциальными пробиотиками нового поколения.

В лабораториях по всему миру по клеткам бродят необычные мыши.     Половина хвоста каждой мыши покрыта мехом оттенка подгоревшего тоста, а кончик лишен цвета. Это верный признак вариаций в гене под названием kit, однако эти мыши не несут мутаций, связанных с несоответствием цвета, ни в одном из своих аллелей. Однако их родители имели по одной мутировавшей копии и каким-то образом передали генетическую память своему потомству.    Наследственные признаки, не объясняемые генетическими последовательностями, как известно, проявляются эпигенетически - например, через накопление молекулярных колпачков на ДНК, которые изменяют экспрессию генов. Как правило, исследователи сосредоточены на том, как факторы окружающей среды, такие как стресс и недоедание родителей, изменяют эпигенетический профиль их потомства. Но эпигенетические изменения могут также направляться мутациями в геноме родителей, объясняет Дидье Стайнир, генетик развития из Института Макса Планка в Германии.    В статье, опубликованной 25 ноября в журнале Science Advances, Стайнир и его коллеги сообщают, что эпигенетические изменения такого рода могут наследоваться у червей-нематод и рыбок зебрафиш, причем иногда на протяжении нескольких поколений. Полученные результаты "подчеркивают сложность биологического наследования за рамками последовательностей ДНК", - комментирует Ана Бошкович, молекулярный биолог из Европейской лаборатории молекулярной биологии в Италии, не принимавшая участия в работе.    В лаборатории Стайнира изучается генетический феномен, называемый транскрипционной адаптацией, когда мутация в одном гене усиливает экспрессию других, так называемых адаптирующихся генов. Этот процесс, по-видимому, зависит от деградации мутировавшей мРНК, поскольку эффект исчезает в случае мутаций, блокирующих транскрипцию, и в клетках, где механизм деградации заглушен. Его группа также обнаружила метильные группы в регуляторных областях адаптирующихся генов, что указывает на то, что процесс может включать эпигенетические изменения.    Чтобы выяснить, наследуется ли транскрипционная адаптация, группа вывела червей Caenorhabditis elegans, которые обладали одной функциональной и одной мутировавшей копией гена act-5. Исследователи ранее показали, что мутировавший act-5 усиливает экспрессию другого гена, act-3, и сделали белковый продукт act-3 видимым, присоединив к гену последовательность, кодирующую красный флуоресцентный белок.    Act-3 обычно экспрессируется только в гортани червей. Но у мутантов act-5 act-3 активировался и в кишечнике, который светился красным светом, как елочная мишура. Кишечник всех потомков этих мутантов, включая тех, кто не унаследовал мутацию, светится, что указывает на унаследованную транскрипционную адаптацию, которая усиливает экспрессию act-3. Когда исследователи продолжили выводить потомство без мутации, их кишечник светился красным цветом в течение шести поколений. Сигнал ослабевал с каждым раундом размножения, исчезнув в седьмом поколении.    Задавшись вопросом, происходит ли унаследованная транскрипционная адаптация у позвоночных, команда обратилась к зебрафишам (Danio rerio), несущим мутации, которые, как известно, повышают регуляцию адаптирующихся генов. Одна из этих моделей содержала мутацию в гене под названием alcama, который усиливает экспрессию адаптирующего гена alcamb. Как и в случае с червями, потомство зебрафиш без мутации показало повышенную активацию alcamb и множество меток метилирования гистонов в регуляторной области гена, которых не было у потомков рыб дикого типа. Исследователи добились того же эффекта, когда ввели РНК из гамет мутировавшей зебрафиши в эмбрион с родителями дикого типа, продемонстрировав, что генетическая память обусловлена РНК, присутствующей в зародышевой линии. Полученные результаты свидетельствуют о том, что "транскриптом зависит не только от мутаций, которые вы унаследовали от родителей, но и от тех, которые вы не унаследовали", - утверждает Стайнир.    Вместе с предыдущими исследованиями лаборатории механизма, лежащего в основе транскрипционной адаптации, полученные данные позволяют предположить, что когда клетки вырезают мутировавшие транскрипты, обрывки мРНК способствуют метилированию гистонов адаптированных генов, вызывая наследственные изменения в экспрессии генов. Сейчас лаборатория Стайнира пытается понять, как кусочки мРНК вызывают эпигенетические изменения.    По его словам, одна из вероятных возможностей заключается в том, что деградировавшие нуклеиновые кислоты привлекают белки, которые ремоделируют хроматин, поскольку известно, что малые интерферирующие РНК вызывают подобные изменения. Или же фрагменты могут взаимодействовать с антисмысловыми транскриптами, которые обычно блокируют трансляцию, связываясь с мРНК, и таким образом позволяют белковому синтезу идти дальше без ингибирования, полагает Стайнир. "Есть много вопросов без ответов", - говорит он, добавляя, что надеется, что полученные результаты подстегнут исследования других групп.    Неясно, какое биологическое значение транскрипционная адаптация может иметь для потомства, отмечает Миклош Тот, фармаколог из Медицинского колледжа Вейль Корнелл в Нью-Йорке, который не принимал участия в исследовании. Он сравнивает этот процесс с парамутациями, когда один аллель изменяет экспрессию своего генетического партнера посредством наследуемых эпигенетических изменений, которые, как считается, контролируются короткими интерферирующими РНК. Но в отличие от парамутаций, когда потомство наследует очевидные черты своих родителей - например, кукуруза может наследовать пурпурные стебли таким образом - неясно, оказывает ли транскрипционная адаптация значительное влияние на потомство.    Стайнир признается, что не знает, какое преимущество, если оно вообще есть, может иметь наследование регуляции генов для потомства, которое не наследует мутации своих родителей. Когда сотрудники его лаборатории впервые обнаружили и описали это явление, они пришли к выводу, что оно может компенсировать потерю мутировавшего гена, говорит он. Но с тех пор они нашли примеры, когда это может ухудшить ситуацию.    Это явление иллюстрирует, насколько сложны эпигенетические механизмы, добавляет он. "Здесь так много уровней и сложностей", - говорит Стайнир. "Мы лишь только прикоснулись к поверхности".