Епигенетика от микробна гледна точка; •
- Ти си тук:
- Институт по микроекология
- Семинари
- Симпозиум по микробиомна диагностика
- Епигенетика от микробна гледна точка
Епигенетика от микробна гледна точка
Проучванията показват, че съществува връзка между факторите на околната среда в ранното детско развитие и по-късното здраве. Това е добре проучено, особено по отношение на перинаталното хранене и риска от затлъстяване. Изследователите обсъждат епигенетичните модификации като един от възможните механизми. Следователно променената микробиота в червата може да промени човешкия епигеном чрез неговите метаболитни продукти.
Проектът за човешкия геном някога е бил обещаващата звезда в науката. Тъй като генетичният код, както мнозина вярваха, е ключът към почти всички човешки заболявания. Но бързо стана ясно, че гените не са всичко. „Тъй като генетичната информация разкрива само част от цялостната структура и външен вид на човек“, казва д-р. Торстен Пльош от Университетската женска клиника в Гронинген, Холандия, по време на лекцията си на 4-та конференция по микроекология на 15 октомври 2016 г. в Херборн.
Епигенетичните модификации контролират честотата, с която се четат гените
Става ясно, че не всички гени във всяка клетка се четат и преобразуват в протеини с еднаква честота, когато се сравняват например бъбречни, чернодробни и кожни клетки. Всички те имат един и същ геном в един човек, но поемат съвсем различни задачи. За това са отговорни епигенетичните процеси. Те контролират кои гени се четат и кога. През последните години има все повече доказателства, че микробиомът в червата контролира и епигенетичните процеси - как става въпрос за млада изследователска област, която работи интензивно само по въпроса от около пет години.
В изследователската област на Plösch „Произход на здравето и заболяванията в развитието“ учените се занимават с перинаталното развитие на хората. Те изследват как, например, диетата на баща и майка, но също така фактори на околната среда като стрес или химикали, влияят върху по-късния риск от заболяване на растящото дете. "Подозираме, че връзката между храненето в ранна детска възраст и други фактори може да повлияе на здравето на хората в по-напреднала възраст чрез епигенетични промени", каза Плеш в лекцията си.
Хипотезата на Баркър
Изследователската област на перинаталното развитие е инициирана от британския епидемиолог Дейвид Баркър (1938 - 2013). Той отбеляза, че през 70-те години в бедните райони на Великобритания е имало нарастване на коронарната болест на сърцето. Баркър искаше да отдаде явлението на фактори, които са повлияли на хората в тези региони още в детството. Така екипът на Баркър се натъпка и пречеса архивите на британски болници, за да каталогизира теглото на раждането на хиляди британци.
Връзка между теглото при раждане и риска от заболяване
Във втора стъпка изследователите около Баркър се опитаха да намерят децата, които бяха около 60-годишни по време на изследването. Учените са успели да направят това при 10 141 мъже и 5585 жени. Моминското име, променено след брака, затруднило жените при търсенето. „Данните са обработени в редица публикации за различни клинични снимки“, каза Плеш. „Но всички те отразяват едно и също явление: Децата с идеално тегло при раждане имат по-нисък риск от заболяване в напреднала възраст, отколкото деца с изключително високо или ниско тегло при раждане.“ 1 Данните осигуряват ясна връзка между теглото при раждане и риска от заболяване, но оставят много въпроси без отговор.
Проблемът с данните на Бейкър беше: например диетата и начинът на живот на майките по време на бременност бяха неизвестни. Но и тук ключът към здравето и болестите в напреднала възраст може да се крие.
Холандската гладна зима и нейните потомци
През холандската гладна зима на 1944/45 по времето на германската окупация повечето холандци не ядат повече от 1000 килокалории на база въглехидрати на ден. 20 000 души са умрели от глад. След гладната зима съюзниците освободиха Холандия и ситуацията с храните внезапно се подобри. Използвайки драматичните обстоятелства, продължили около 4 месеца, учените изследват как гладът по време на бременност влияе върху здравето на потомството в зряла възраст.
„Данните показват, че факторите преди диабет се насърчават от глад през трите тримесечия на бременността. Обаче други сериозни заболявания като рак на гърдата или хронична обструктивна белодробна болест (ХОББ) са били засегнати главно от лишаване от храна през първия триместър. “2 Други проучвания показват, че освен глада, екзистенциалният стрес и други фактори играят важна роля при бременността развитието на потомството играе.
„Нашата хипотеза произтича от тези констатации, че дългосрочните ефекти на ранните фактори на околната среда са опосредствани от епигенетични модификации на важни регулаторни фактори“, обясни Пльош. Родителите пренасят своите „преживявания“ на своите потомци с помощта на епигенетични модификации на ДНК. "Те от своя страна реагират по различен начин на дразнители от околната среда."
Какво е епигенетика?
Епигенетиката обобщава фактори, които само временно определят активността на даден ген и по този начин развитието на клетката. Епигенетичните модификации засягат модела на четене на ДНК, като правят някои участъци от ДНК по-лесни или по-трудни за достъп за ензимите за четене. Промените могат да се състоят в метилиране на ДНК, в модификация на хистоните или в ускорено разграждане на теломерите. Те могат да се наблюдават само във външния вид на организма; ДНК се задържа напълно в своята последователност.
„Ярък пример за епигенетични процеси са гъсениците и пеперудите. И двамата имат абсолютно един и същ геном. Тъй като гените и при двете същества се разчитат по различен начин чрез епигенетичните процеси, гъсеница и пеперуда изглеждат толкова различни “, обясни Пльош. При хората епигенетичните процеси гарантират, наред с други неща, че стволовите клетки се развиват в различни телесни клетки като бъбречни, чернодробни и мозъчни клетки. За разлика от ДНК мутациите, епигенетичните промени са обратими. Те могат, но не е задължително, да бъдат предадени на дъщерните клетки. Но какво влияе върху епигенетичните процеси в организма?
Как диетата може да промени епигенома
Plösch илюстрира влиянието на диетата върху епигенома с помощта на жълтокожите мишки agouti. При мишките цветът на козината на потомството зависи от диетата на майката. Ако женската получи диета, която е особено богата на метил, тя - съчетана с кафеникав мъж от див тип - ражда по-малко потомство с жълт цвят, отколкото с диета, бедна на метил. ДНК секциите, които кодират цвета на козината на потомството, вече не се четат. 3 „Жълтият цвят на козината след това отстъпва място на кафеникавото палто от див тип - диетата тук влияе пряко върху епигенома“, казва Пльош.
Метилирането на ДНК може да се предава през поколенията
Модел на глад върху бременни мишки също показа, че метилирането на ДНК може да се предава от поколения насам. 4 Дори през второто поколение моделите на четене на гените бяха измеримо променени при потомството на мишки, които получават само половината калории от група за сравнение по време на бременност: гените за метаболизма на мастните киселини в черния дроб се четат значително по-рядко при тези животни, отколкото при нормалното потомство хранени мишки. Учените откриха, че техните наблюдения са потвърдени за нивото на метилиране в различни органи и в сперматозоидите на потомството.
„Междувременно са известни многобройни фактори, които могат да бъдат епигенетично променени от диетата на майката - казва Плеш, - но нито един от факторите не е драстично променен.“ По-скоро добавянето на много малки промени води до пълна промяна в метаболизма на потомството. промяна, обобщи Plösch.
Как бактериите могат (d) да повлияят на епигенома
Дълго време само малцина се интересуваха от бактериите в червата. „Но в даден момент вече не бихте могли да игнорирате микробиотата в метаболитните изследвания“, казва Пльош. Възникнаха следните въпроси: Има ли промяна в чревния микробиом дългосрочни последици за епигенома? И има ли взаимодействия между бактериите и епигенома? За да намерят отговори, учените от Plösch изследват как млякото от шише в сравнение с майчиното мляко влияе върху чревния микробиом на бебетата. 13
Връзка между храненето, чревните бактерии и епигенома
Типични бактерии в майчиното мляко като бифидобактерии или руминококи произвеждат фолиева киселина - вещество, което може да се използва за увеличаване на метилирането на ДНК. "Тук имаме връзката между храненето, чревните бактерии и епигенома," обясни Пльош, "но все още не можем да кажем дали различните диети всъщност водят до различен епигеном при бебето."
Едно е сигурно: съставът на чревната микробиота може да бъде повлиян от диетата и други фактори като антибиотични терапии. В зависимост от състава чревните бактерии произвеждат различни метаболитни продукти. „Може да се мисли, че предимно чревните клетки, но също и имунните клетки в червата, клетките в порталната вена или черния дроб се достигат от тези метаболити. Там те са или субстрати за метилиране, или влияят на определени ензими, които участват в епигенетичните процеси “, обобщава Plösch. „Промените в модела на четене на гените, които са причинени по този начин, могат да бъдат запазени за дълго време.“
Необходимост от пояснение: Колко бактериални метаболити достигат до вътрешността на тялото?
Кои храни се превръщат в метаболитни продукти в червата, които влияят на епигенома, все още е почти неизвестно. Сега трябва да се изясни дали и колко бактериални метаболити проникват в чревната лигавица и епигенетично променят различните телесни клетки. Ефектите от високите дози фолиева киселина по време на бременност върху епигенома на бебето също трябва да бъдат изследвани по-внимателно в бъдеще.