Mikroflora usus bergantung sedikit pada genotip tuan rumah, tetapi berkait rapat dengan fenotipnya • Alexander Markov • Berita sains mengenai "Unsur" • Genetik, Perubatan, Mikrobiologi

Microflora usus bergantung sedikit pada genotip tuan rumah, tetapi berkait rapat dengan fenotipnya.

Rajah. 1. Data mengenai asal-usul orang dari sampel Israel berkorelasi dengan data genetik, tetapi tidak dengan komposisi mikrobiota usus. Di sebelah kiri: analisis kepelbagaian genetik sampel menggunakan kaedah komponen utama. Ia dapat dilihat bahawa kumpulan asal yang berbeza (Ashkenazi, Yahudi Yaman, dan lain-lain) membentuk kelompok yang berasingan dalam rajah. Ini bermakna terdapat perbezaan genetik antara kumpulan, dan peserta melaporkan maklumat sebenar mengenai asal-usul mereka. Di sebelah kanan: gambarajah yang sama bukan berasaskan genetik, tetapi pada komposisi mikrobiota usus. Kelompok yang sepadan dengan kumpulan asal yang berbeza tidak wujud. Ini bercakap memihak kepada ketiadaan hubungan rapat antara genotip manusia dan komposisi mikrobiota. Gambar dari artikel dibincangkan diAlam

Perbandingan komposisi mikrobiota usus dengan genotip, gaya hidup dan sifat fenotip dalam 1046 orang Israel dan 836 Belanda menunjukkan bahawa populasi mikroba dalam usus bergantung sedikit pada genotip hos dan kebanyakannya ditentukan oleh faktor persekitaran. Pada masa yang sama, komposisi mikrobiota berkorelasi dengan banyak ciri fenotip yang penting dari sudut pandangan perubatan.Seperti yang ternyata, menurut komposisi mikrobiota usus, adalah mungkin untuk meramalkan keadaan beberapa sifat dengan kira-kira ketepatan yang sama seperti genotip tersebut, dan jika kita mengambil kira kedua-dua gen dan mikrobiota, ketepatan ramalan ini berulang. Hasilnya menekankan pentingnya mengkaji bakteria usus, termasuk pengembangan ubat yang disesuaikan.

Idea bahawa majoriti organisma multiselular sebenarnya "superorganisme simbiotik", kebanyakan sifatnya ditentukan oleh symbionts mikroskopik, semakin digunakan dalam kehidupan biologi. "Unsur" telah berulang kali menangani topik ini (lihat pautan pada akhir berita).

Mikrobiota usus manusia dan sambungannya yang pelbagai dengan ciri-ciri fenotip yang penting bagi kita (termasuk risiko pelbagai penyakit) telah dikaji secara aktif dalam beberapa tahun kebelakangan ini, tetapi beberapa isu asas masih belum dapat diselesaikan. Salah satu daripadanya ialah tahap keturunan mikrobiota, iaitu, sejauh mana komposisi populasi mikrob usus bergantung kepada gen individu, dan di mana "persekitaran" dalam erti kata yang luas, iaitu diet, gaya hidup, ubat-ubatan yang diambil dan segala yang lain.

Percubaan terdahulu telah dibuat untuk menilai susuritas mikrobiota dan mencari gen tertentu yang mempengaruhi komposisinya (termasuk menggunakan pencarian genom seluruh persatuan, lihat GWAS). Kajian-kajian ini menghasilkan hasil yang bercanggah. Di satu pihak, berpuluh-puluh lokus polimorfik ditemui dalam genom manusia, seolah-olah berkaitan dengan mereka atau ciri-ciri lain mikrobiota usus. Di sisi lain, kebolehpercayaan statistik korelasi yang ditemui adalah, sebagai peraturan, rendah, dan set gen yang terdapat dalam kajian yang berbeza ternyata berbeza dengan satu sama lain.

Pasukan biologi besar dari beberapa institusi saintifik di Israel, dengan kerjasama rakan sejawat dari Belanda, telah menjalankan penyelidikan terbesar hingga kini untuk menjelaskan isu kontroversial pengaruh gen dan persekitaran pada populasi mikroba usus kita.

Kajian utama dilakukan pada sampel 1046 orang Israel, dan keputusannya dibandingkan dengan data yang diperoleh sebelumnya untuk 836 penduduk Belanda.

Bagi setiap individu, menggunakan analisis metagenomik (lihat Metagenomics), komposisi kualitatif dan kuantitatif mikrobiota usus ditentukan dengan ketepatan yang besar.Semua mata pelajaran telah genotip untuk 712,540 lokus polimorfik (lihat: Polymorphism tunggal-nukleotida), yang, dalam konteks tugas ini, berbeza sedikit daripada membaca genom penuh. Bagi setiap individu, maklumat dikumpulkan ke atas beberapa ciri fenotip (seperti ketinggian, berat badan, saiz pinggang, indeks glisemik, tahap kolesterol, dan sebagainya), serta diet (subjek harus memberitahu kebiasaan makan mereka, juga boleh dianggap sebagai sifat fenotip). Di samping itu, subjek terpaksa memberitahu di mana semua datuk nenek mereka datang. Ini membenarkan sampel Israel dibahagikan kepada enam bahagian oleh keturunan (Ashkenazi, Sephardic, pendatang dari Yaman, Afrika Utara, Timur Tengah dan yang terakhir, pasukan kebangsaan, kumpulan "lain", termasuk orang asal campuran).

Untuk memulakan, penulis membandingkan data peribadi mengenai asal-usul dengan genotip. Kumpulan asal-usul yang berbeza membentuk kluster yang jelas di sepanjang set alel, seperti yang diharapkan (Rajah 1, kiri). Ini konsisten dengan idea bahawa terdapat perbezaan genetik antara Ashkenazi, Sephardic, dan lain-lain, dan orang-orang telah memberikan maklumat yang benar tentang asal-usul mereka.Di samping itu, orang yang mempunyai asal bercampur menunjukkan korelasi positif yang kuat antara kesamaan asal dan kesamaan dalam genotip. Pada masa yang sama, tiada hubungan antara asal manusia dan komposisi mikrobiota ususnya boleh dijumpai (Rajah 1, kanan). Khususnya, tidak ada hubungan antara persamaan asal dan persamaan dalam mikrobiota. Ini adalah benar untuk ciri-ciri penting mikrobiota, seperti kepelbagaian taksonominya, dan untuk banyak kumpulan mikroorganisma individu. Daripada ini ia mengikuti bahawa heritability ciri-ciri microbiota (iaitu, pergantungan mereka pada gen individu), jika ia wujud, tidak terlalu besar.

Walau bagaimanapun, satu kajian baru-baru ini dilakukan pada 1126 pasangan kembar dari UK (lihat kajian kembar) mendedahkan 33 taksonomi mikroorganisma usus dengan keterkaitan penting (J. K. Goodrich et al., 2016. Penentu genetik Mikrobiom Gut di UK Twins). Adakah keputusan ini bercanggah antara satu sama lain? Para penulis kembali memproses data dari kerja pada tahun 2016 dan mendapati semua kumpulan yang diiktiraf "mikrob" yang diwarisi dalam agregat hanya membentuk 5.6% dari populasi mikroba usus. Memandangkan keadaan ini, ternyata genotip hos menerangkan hanya dari 1.9 hingga 8.1% daripada kebolehubahan dalam komposisi mikrobiota usus.Perubahan begitu besar dijelaskan oleh fakta bahawa tidak ada kejelasan lengkap dalam persoalan tahap keparahan kriteria statistik yang digunakan dalam kes ini. Tetapi dalam mana-mana, ternyata bahawa heritability microbiota usus kecil berbanding dengan pengaruh faktor persekitaran.

Para penulis kemudiannya cuba mengenal pasti polimorfisme nukleotida tertentu yang berkaitan dengan ciri-ciri mikrobiota usus. Dalam kajian terdahulu, beberapa puluhan polimorfisme didapati kelihatan mempengaruhi perbezaan antara individu dalam komposisi taksonomi mikrobiota. Walau bagaimanapun, data baru tidak mengesahkan pautan ini. Lebih-lebih lagi, penulis berjaya mendapatkan argumen yang menyokong fakta bahawa hasil yang diperolehi sebelum ini kemungkinan besar merupakan artifak kaedah statistik yang digunakan dan tidak membuktikan kewujudan hubungan sebenar.

Walaupun kesan genotip pada mikrobiota tidak dikesan pada tahap keseluruhan komuniti mikrob secara keseluruhan, sesetengah loci kelihatannya masih mempunyai kesan yang signifikan, walaupun kesan lemah terhadap banyak jenis dan jenis bakteria. Dengan keyakinan yang paling besar kita boleh bercakap tentang kesan beberapa polimorfisme yang berkaitan dengan metabolisme gula susu laktosa, pada banyaknya bakteria genus Bifidobacterium. Kesimpulan ini, seperti hasil penyelidikan yang lain, mula-mula diperolehi pada sampel Israel, dan kemudian disahkan di Belanda.

Hujahan tambahan memihak kepada hakikat bahawa mikrobiota usus bergantung terutamanya kepada alam sekitar, dan bukan pada gen manusia, memberikan analisis data mengenai orang yang berkaitan dengan kekeluargaan, tetapi hidup secara berasingan, serta pada individu yang tidak berkaitan yang tinggal bersama. Ternyata dalam kes pertama, kesamaan microbiota usus tidak meningkat berbanding dengan tahap rata-rata, dan dalam kes kedua – meningkat dengan ketara.

Kesimpulan tentang ketergantungan lemah terhadap populasi mikrob usus pada gen tuan rumah menimbulkan persoalan baru bagi para saintis untuk memastikan sebab kestabilan relatif komposisi mikrobiota usus. Adalah diketahui bahawa komuniti mikrob yang hidup di dalam usus manusia mempunyai kestabilan tertentu, perubahan yang agak sedikit dari masa ke masa dan bahkan dapat bertahan menghadapi gangguan yang berkaitan dengan jangkitan dan antibiotik hingga tahap tertentu (CA Lozupone et al., 2012). Kepelbagaian, kestabilan dan ketahanan mikrobiota usus manusia). Jika komposisi komuniti begitu sedikit bergantung kepada gen manusia (dan, oleh karenanya, harus bergantung terutamanya kepada alam sekitar), maka persoalan timbul, maka apa yang memastikan kestabilannya.Jawapan kepada soalan ini harus memberi kajian masa depan, tetapi pada masa kini ia tetap terbuka.

Tugas seterusnya yang diteliti para penyelidik adalah untuk mencari hubungan antara komposisi mikrobiota dan ciri fenotipik orang. Untuk ini, satu indikator kuantitatif telah dibangunkan, yang ditakrif oleh penulis sebagai b2 (dengan analogi dengan heritability, yang secara tradisinya dilambangkan h2). Jika h2 – ini adalah untuk meletakkannya dengan mudah, perkadaran kebolehubahan atas dasar kebolehubahan genetik populasi yang dikaji (atau ketepatan yang mana fenotip genotip itu boleh diramalkan), maka b2 – Ini adalah nilai yang menunjukkan ketepatan yang boleh diramalkan oleh fenotip mikrobaom usus.

Pengiraan dilakukan secara berasingan untuk sampel Israel dan Belanda. Hasilnya ditunjukkan dalam jadual.

PhenotypeHubungi dengan mikrobiota (b2),
Contoh Israel
Hubungi dengan mikrobiota (b2),
Sampel Belanda
Inheritability (h2),
menurut data sastera
Lipoprotein ketumpatan tinggi35,9%27,9%23,9%-48%
Pengambilan laktosa35,5%tiada datatiada data
Lingkaran pinggang28,8%26%15%-24%
Lingkaran Paha27,1%28%10,6%-27%
Indeks glisemik24,5%tiada datatiada data
Indeks jisim badan24,5%27,8%14%-32%Nisbah pinggang ke pinggang23,9%6,9%12%-14%Tahap glukosa21,9%8%9%-33%Hemoglobin Glikosilasi16,1%8,4%21%-32%Creatinine12,3%6,7%19%-25%Pertumbuhan3,2%25,9%33%-68%Jumlah kolesterol0%13,5%14%-53%

Ternyata banyak sifat fenotip boleh "diramal" oleh komposisi mikrobiota usus dengan ketepatan yang sama seperti genom. Adalah penting bahawa ramalan berdasarkan populasi mikrobiologi usus dan genom hos tidak diduplikasi, tetapi melengkapi satu sama lain (ini diharapkan, memandangkan mikrobiota sangat lemah dikaitkan dengan gen), dan oleh itu pertimbangan serentak kedua-dua membolehkan ketepatan ramalan menjadi dua kali ganda.

Satu nuansa penting ialah korelasi yang terdapat di antara mikrobiota dan fenotip tidak mengatakan apa-apa mengenai arah hubungan kausal. Ini adalah perbezaan asas prestasi. b2 dan h2. Gen menjejaskan fenotip, tetapi fenotip tidak mempunyai kesan sebaliknya ke atas gen. Oleh itu, tafsirkan nilai itu h2 mudah: ia mencerminkan dalam pengenalan pertama kuasa pengaruh gen pada sifat. Mikrobiota tidak begitu: ia boleh mempengaruhi fenotip, tetapi fenotip boleh menjejaskan mikrobiota. Ini amat jelas untuk ciri-ciri fenotipik yang berkaitan dengan tingkah laku makan (pengambilan kalori harian, lemak, karbohidrat, dan sebagainya).

Walau bagaimanapun, walaupun kita tidak tahudi mana punca, dan di mana kesannya, hasilnya masih menunjukkan bahawa dengan mengambil kira komposisi mikrobiota usus apabila menilai risiko pelbagai penyakit atau memilih kaedah pencegahan dan rawatan mungkin tidak kurang penting daripada mengambil kira ciri-ciri genetik pesakit. Nampaknya, pada tahun-tahun akan datang, trend ini akan berkembang pesat, dan tidak lama lagi kita akan belajar banyak tentang sumbangan mikrobiota usus kepada pembentukan fenotip kita.

Sumber: Daphna Rothschild, Omer Weissbrod, Elad Barkan, Alexander Kurilshikov, Tal Korem, David Zeevi, Paul I. Costea, Anastasia Godneva, Iris N. Kalka, Noam Bar, Smadar Shilo, Dar Lador, Arnau Vich Vila, Niv Zmora, Meirav Pevsros Fischer, David Israel, Noa Kosower, Gal Malka, Bat Chen Wolf, Tali Avnit-Sagi, Maya Lotan-Pompan, Adina Weinberger, Zamir Halpern, Shai Carmi, Jingyuan Fu, Cisca Wijmenga, Alexandra Zhernakova, Eran Elinav & Eran Segal. Alam sekitar menguasai genetik manusia dalam membentuk microbiota usus manusia // Alam. Diterbitkan dalam talian 28 Februari 2018. DOI: 10.1038 / nature25973.

Lihat juga:
1) Mikroflora usus mengubah seseorang menjadi "superorganisme", "Elemen", 09.06.2006.
2) Obesiti boleh berjangkit, "Unsur", 12/25/2006.
3) Bakteria usus membantu Jepun untuk mencerna alga, "Unsur", 04/08/2010.
4) Rawatan dysbiosis usus melegakan simptom autisme, "Unsur", 12/13/2013.
5) Adakah microbiome seseorang mempengaruhi keagamaannya?, "Elements", 08.22.2014.
6) Bakteria usus memengaruhi tingkah laku sosial tikus, "Unsur", 06/21/2016.
7) Bakteria patogen meningkatkan selera mangsanya, membantu mereka bertahan, dan untuk diri mereka sendiri – untuk menyebarkan, "Unsur", 01/31/2017.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: