Наш кишечный микробиом – комплемент бактерий, которые мы переносим в нашем кишечнике – связан со всем – от ожирения и диабета до болезней сердца и даже неврологических расстройств и рака. В последние годы исследователи сортировали различные виды бактерий, которые населяют микробиом, и спрашивали, какие из них могут быть вовлечены в конкретные нарушения. Но в статье, опубликованной сегодня в Nature решается новый вопрос: «Что если один и тот же микроб у разных людей различен?»

Давно известно, что геномы микробов не фиксированы с рождения, как у нас. Они могут потерять некоторые из своих генов, обменяться генами с другими микроорганизмами или получить новые из окружающей среды. Таким образом, детальное сравнение геномов, казалось бы, идентичных бактерий выявит последовательности ДНК, которые встречаются в одном геноме, а не в других, или, возможно, последовательности, которые появляются только один раз в одном и несколько раз в других. Эти различия называются структурными вариантами. Структурные варианты – даже крошечные – могут привести к огромным различиям в способах взаимодействия микробов с их хозяевами. Вариантом может быть разница между доброкачественным и патогенным присутствием, или это может придать бактериям устойчивость к антибиотикам.

Д-ра. Дэвид Зиви и Таль Корем, первоначально в лаборатории профессора Эрана Сегала в Научном институте Вейцмана, а затем на их нынешних должностях в университетах Рокфеллера и Колумбии, разработали алгоритмы, которые систематически идентифицируют структурные варианты в микробиомах кишечника человека. Исследователи начали с микробиомов от почти 900 израильских субъектов, в которых им удалось идентифицировать более 7000 вариантов. Затем они наладили сотрудничество с голландскими исследователями из Университета Гронингена в Нидерландах, и они искали эти варианты в микробиомах большой группы голландских субъектов. Большинство структурных вариантов, которые они идентифицировали у израильских подданных, также можно найти среди голландских, несмотря на различия в генетике и образе жизни между группами.

Затем ученые спросили, связан ли какой-либо из выявленных ими структурных вариантов со здоровьем или болезнью. В группу вошло более 100 человек, которые были связаны с факторами риска заболевания. Многие из этих ассоциаций были снова воспроизведены в голландской когорте.

В одном случае люди, у которых был определенный вариант, присутствующий в геноме конкретного микробного вида в их микробиоме, были на 6 кг тоньше и имели в среднем на 4 см более узкую талию, чем люди, у которых был такой же микроб – но один это не укрывало этот конкретный вариант. Затем ученые проанализировали гены, закодированные в этом варианте, и обнаружили, что это дает бактерии потенциальную способность превращать определенные сахара в вещество, называемое бутират. Бутират – это небольшая жирная кислота, которая пахнет как прогорклое масло (отсюда и название от древнегреческого «масло»); Несмотря на запах, бутират обладает противовоспалительным действием и оказывает положительное влияние на обмен веществ. По словам ученых, эта способность может помочь объяснить разницу в весе между теми, кто переносит бактерии, и теми, у кого нет структурного варианта.

Полученные данные свидетельствуют о том, что метод, разработанный группой, может помочь исследователям точно определить связь между нашим микробиомом, здоровьем и болезнью, что может быть упущено другими способами. «Реальный потенциал этого подхода, – говорит Зиви, – в том, что он позволяет нам искать реальные механизмы, стоящие за ассоциациями, которые мы находим».

По оценкам Сигала, в микробиоме кишечника человека могут быть десятки тысяч структурных вариантов, и тысячи из них могут быть связаны с заболеванием и риском заболевания. Поскольку состав микробиома был вовлечен в очень много различных синдромов и расстройств, это исследование может оказать длительное влияние на поиск лучших, более целенаправленных пробиотиков для лечения заболеваний.