Чи ми є тим, що ми їмо Перенесення генів з морського середовища на мікрофлору

Мірям Чжек *, Гаел Коррек та Гурван Мішель

середовища

CNRS-UPMC UMR 7139, Морські рослини та біомолекули, місце Georges Teissier, 29682 Роскофф, Франція

"Кожне наукове видання призначене лише для 10, 20 питань. Кожне наукове відкриття захоплює, оскільки відкриває всесвіт питань. Якщо питання вас хвилюють, не будьте вченим. "

Борис Кирульник

“Уявіть себе перед екзотичною апетитною стравою, яку через свою дивну природу не можна їсти класичним способом. Тоді уявіть людину з країни, де традиційно подають цю страву, яка передає вам майстерно розроблений посуд, що дозволяє їсти страву, не змінюючи її смаку ”[1]. Не шукаючи цього, ми натрапили на такий «обмін посудом» між морськими бактеріями та бактеріями, що населяють кишечник людини. Спочатку ми виявили нову ферментативну активність [2], специфічну для деградації полімеру цукрів, що містяться в червоних водоростях роду Порфира. Потім великі геномні аналізи виявили обмін генетичним матеріалом - горизонтальний перенос генів - від морських бактерій до кишкових бактерій, що дозволяє останнім розщеплювати харчові волокна з їстівних водоростей, які в іншому випадку не могли б засвоїтися [15] ( →).

(→) Див. Статтю Сімони Гілгенкранц, сторінка 808 цього випуску

Мікрофлора кишечника людини: конкуренція жорстка

В даний час добре відомо, що в нашому кишечнику міститься щільна і складна спільнота мікроорганізмів, які всі складають кишкову мікрофлору [3]. Ця мікрофлора складається з сотень мільйонів бактеріальних клітин, більшість з яких є тривалими мешканцями; але бактерії, пов’язані з поглиненою їжею, є тимчасовими членами цієї екосистеми. Всі змагаються за обмежені ресурси, в основному за рахунок нашої їжі.

У геномі людини мало генів, що кодують ферменти, здатні розщеплювати рослинні полісахариди, тобто харчові волокна, що містяться у всіх фруктах та овочах. Тому ці поживні речовини потрапляють у дистальну частину нашого кишкового тракту, де сотні мікробних видів чекають і “ведуть жорстокий бій” за свою енергію. Дійсно, на відміну від людей, більшість із них є чемпіонами у всіх категоріях деградації цих харчових волокон [4]! Тому вони допомагають нам перетравлювати ці волокна, виділяючи цукри потрібного розміру для засвоєння, що дає нам додаткове джерело енергії. Таким чином, бактерії кишкової мікрофлори відіграють дуже важливу, але все ще недостатньо вивчену роль для нашого здоров'я.

Конкуренція в мікрофлорі кишечника є жорсткою за доступ до поживних речовин. Отже, однією з можливих стратегій розвитку кишкового мікроорганізму є набуття більшої ефективності, ніж конкуруючих видів, при використанні певних полісахаридів. Горизонтальний перенос генів [5] є одним із механізмів, що дозволяють бактеріям збагачувати свої колекції «посуду». Якщо новий інструмент надає бактеріям явну перевагу над іншими членами спільноти, якщо, наприклад, він єдиний здатний погіршити дане волокно, він, таким чином, займе більш важливе місце в його екосистемі.

На сьогоднішній день дослідження мікрофлори кишечника хребетних виявили кілька фактів. У мікрофлорі кишечника, як правило, переважають фірмикути та бактероїдети, що сильно відрізняє її від бактеріальних спільнот у навколишньому середовищі [ 6 ]. Склад цієї мікрофлори змінюється залежно від основних категорій дієти (м’ясоїдні, рослиноїдні та всеїдні дієти). У випадку рослиноїдних та всеїдних тварин бактерії флори є особливо активними речовинами ферментів, що беруть участь у перетравленні полісахаридів наземних рослин [ 6 ]. Нарешті, обмін генетичним матеріалом досить частий між кишковими бактеріями [ 7 ]. Навпаки, механізми впливу дієти на мікрофлору кишечника залишаються незрозумілими. Отже, чи може екзотична дієта конкретно впливати на мікрофлору людини і як? Як ми виявили, така дієта вплинула на еволюцію кишкових бактерій, але не всі людські популяції рівні, коли йдеться про екзотичні кухні.

Передача генів від морських бактерій, що беруть участь у переробці біомаси водоростей, до мікрофлори кишечника японців

Чи змогли б наші власні кишкові бактерії сьогодні придбати такий самий посуд, як кишкові бактерії японців, якби ми регулярно їли продукти, виготовлені з сирих водоростей? Це питання, яке спонтанно спадає на думку, залишається відкритим. З іншого боку, дуже ймовірно, що такий перенос генів між кишковими бактеріями та бактеріями навколишнього середовища відбувався протягом еволюції хребетних, пояснюючи поширеність ферментів деградації полісахаридів із наземних рослин у мікрофлорі рослиноїдних та всеїдних. Це відкриття " фактор суші "У будь-якому випадку це лише початок більш широкого поля дослідження еволюції мікрофлори людини.

Конфлікт інтересів

Автори заявляють, що не мають конфлікту інтересів щодо даних, опублікованих у цій статті..

Список літератури

  1. Зонненбург JL. Генетичний горщик удачі. Природа 2010; 464: 837-8. [Google Scholar]
  2. Hehemann JH, Correc G, Barbeyron T, et al. Перенесення вуглеводно-активних ферментів від морських бактерій до мікробіоти японської кишки. Природа 2010; 464: 908-12. [Google Scholar]
  3. Dethlefsen L, McFall-Ngai M, Relman DA. Екологічна та еволюційна перспектива щодо мутуалізму та хвороб мікробів людини. Природа 2007; 449: 811-8. [Google Scholar]
  4. Xu J, Mahowald MA, Ley RE та ін. Еволюція симбіотичних бактерій у дистальному відділі кишечника людини. PLoS Biol 2007; 5: e156. [Google Scholar]
  5. Охман Х, Лоуренс Дж. Г., Гройсман Е.А. Бічний перенос генів та природа бактеріальних інновацій. Природа 2000; 405: 299-304. [Google Scholar]
  6. Ley RE, Lozupone CA, Hamady M, et al. Світи всередині світів: еволюція мікробіоти кишок хребетних, Nat Rev Microbiol 2008; 6: 776-88. [Google Scholar]
  7. Lozupone CA, Hamady M, Cantarel BL, et al. Конвергенція вуглеводних активних генних репертуарів у мікробах кишечника людини. Proc Natl Acad Sci USA 2008; 105: 15076-81. [Google Scholar]
  8. Barbeyron T, L’Haridon S, Corre E, et al. Zobellia galactanovorans gen. лист., сп. листопада, морський вид Flavobacteriaceae, виділений з червоної водорості, та класифікація [Cytophaga] uliginosa (ZoBell and Upham 1944) Reichenbach 1989 як Zobellia uliginosa gen. лист., греб. Nov Int J Syst Evol Microbiol 2001; 51: 985-7. [Google Scholar]
  9. Michel G, Nyval-Collen P, Barbeyron T, Czjzek M, Helbert W. Біоконверсія галактанів червоних морських водоростей: акцент на бактеріальних агаразах і карагеназах. Appl Microbiol Biotechnol 2006; 71: 23-33. [Google Scholar]
  10. Уокер А. Насичення кишечника: метагеноміка робить гігантський крок вперед. Nat Rev Microbiol 2010; 8: 315. [Google Scholar]
  11. Kurokawa K, Itoh T, Kuwahara T, et al., Порівняльна метагеноміка виявила загальнозбагачені набори генів у мікробіомах кишечника людини. ДНК-дослідження 2007; 14: 169-81. [Google Scholar]
  12. Turnbaugh PJ, Hamady M, Yatsunenko T, et al. Основний мікробіом кишечника у ожирілих та худорлявих близнюків. Природа 2009; 457: 480-4. [Google Scholar]
  13. К. Нісідзава, Х. Нода, Р. Кікучі та ін. Основні продукти харчування з водоростей в Японії. Гідробіологія 1987; 151: 5. [Google Scholar]
  14. Dauga C, Doré J, Sghir A. Не підозрювана різноманітність мікробного світу. Med Sci (Париж) 2005; 21: 290-6. [Google Scholar]
  15. Гілгенкранц С. Японці та ми. Med Sci (Париж) 2010; 26: 808-10. [Google Scholar]

Список малюнків

Поточні показники використання показують сукупний підрахунок переглядів статей (повнотекстові перегляди статей, включаючи перегляди HTML, завантаження PDF та ePub, відповідно до наявних даних) та подання тез на платформі Vision4Press.

Дані відповідають використанню на платформі після 2015 року. Поточні показники використання доступні через 48–96 годин після публікації в Інтернеті та оновлюються щодня по днях тижня.

Початкове завантаження метрик може зайняти деякий час.