Как полезные бактерии контролируют наши гены

Учёные из Института Бабрахама (Кембридж) совместно с коллегами из Бразилии и Италии обнаружили механизм, с помощью которого полезные бактерии кишечника могут контролировать гены в наших клетках. Работа, опубликованная 9 января в Nature Communications, показывает, что химические сигналы от бактерий могут изменять расположение ключевых химических меток в человеческом геноме. Такой способ коммуникации может помогать бороться с инфекциями и предотвращать рак.

Исследование под руководством доктора Патрика Варга-Вейши показывает, как химические вещества, вырабатываемые бактериями кишечника при переваривании фруктов и овощей, влияют на гены клеток слизистой оболочки кишечника. Эти молекулы, называемые короткоцепочечными жирными кислотами, могут перемещаться из бактерий в наши собственные клетки. Внутри клеток они запускают процессы, изменяющие активность генов и, в конечном итоге, поведение клеток.

Новое исследование демонстрирует, что короткоцепочечные жирные кислоты увеличивают количество химических меток на наших генах. Эти метки, называемые кротонилированием, были открыты недавно и являются новым дополнением к химическим аннотациям в геноме, которые вместе называются эпигенетическими маркерами. Команда показала, что короткоцепочечные жирные кислоты увеличивают количество кротонилирований, подавляя белок HDAC2. Учёные полагают, что изменения в кротонилировании могут изменять активность генов, включая или выключая их.

Команда изучала мышей, лишённых большей части кишечных бактерий, и показала, что в их клетках содержится больше белка HDAC2, чем обычно. Другие исследования показали, что увеличение HDAC2 может быть связано с повышенным риском колоректального рака. Это может означать, что регуляция кротонилирования в геноме клеток кишечника важна для предотвращения рака. Это также подчёркивает важную роль полезных бактерий и здорового питания в данном процессе.

Исследование стало возможным благодаря поддержке двустороннего фонда BBSRC-Бразилия, созданного в рамках соглашения между Research Councils UK (RCUK) и Фондом исследований штата Сан-Паулу (FAPESP) для поощрения совместных исследований между Великобританией и Бразилией.

Первый автор работы, Рэйчел Феллоуз, сказала: «Короткоцепочечные жирные кислоты являются ключевым источником энергии для клеток кишечника, но мы также показали, что они влияют на кротонилирование генома. Кротонилирование обнаруживается во многих клетках, но особенно часто — в кишечнике. Наше исследование объясняет, почему это так, выявляя новую роль для HDAC2. Этот белок, в свою очередь, связан с раком и представляет собой интересную новую мишень для лекарств, которую стоит изучить подробнее».

Ведущий учёный доктор Патрик Варга-Вейши сказал: «Наш кишечник — дом для бесчисленных бактерий, которые помогают переваривать такую пищу, как растительные волокна. Они также выступают в качестве барьера для вредных бактерий и обучают нашу иммунную систему. То, как эти микробы влияют на наши клетки, является ключевой частью этих процессов. Наша работа проливает свет на то, как короткоцепочечные жирные кислоты способствуют регуляции белков, упаковывающих геном, и, таким образом, влияют на активность генов».