Возраст человека может отражаться не только на составе кишечной микробиоты, но и на генетических особенностях населяющих ее бактерий. Даже микроорганизмы одного вида могут различаться на уровне отдельных участков ДНК, и эти изменения способны быть связаны с характеристиками организма. Новое исследование позволило обнаружить такие взаимосвязи и предположить, какие функции бактерий могут иметь значение для изучения старения. О том, что удалось выяснить ученым, — в материале «Известий».
Генетические различия внутри микробиома
Исследователи проанализировали данные 10 781 человека из шести независимых групп. Всего они изучили 11 831 образец кишечной микробиоты и сопоставили генетические особенности бактерий с 244 характеристиками здоровья и факторами окружающей среды. В результате ученые выявили около 12,8 млн однонуклеотидных вариантов — изменений отдельных «букв» в ДНК микроорганизмов.
Работа, опубликованная в журнале Nature, позволила обнаружить 940 независимых связей между генетическими вариантами бактерий и 69 характеристиками человека. Среди них были возраст, пол, показатели сердечно-сосудистого и метаболического здоровья. Авторы отмечают, что анализ на уровне отдельных генетических вариантов помогает выявить различия, которые могут оставаться незаметными при изучении только видов и количества микроорганизмов.
Какие связи обнаружили с возрастом
Наибольшее число генетических связей исследователи обнаружили именно для возраста. С ним были связаны 99 независимых сигналов, затрагивающих 8117 генетических вариантов в 42 видах бактерий. Наиболее заметный пример касался микроорганизма Faecalibacterium prausnitzii — пяти вариантов в гене sarA_2, которые влияют на структуру белка, входящего в состав транспортного комплекса.
У людей, в образцах которых присутствовал один из связанных с возрастом вариантов, средний возраст оказался примерно на 4,9 года выше, чем у участников без него. Ученые предположили, что изменения могут влиять на транспорт глутатиона — вещества с антиоксидантными свойствами, которое помогает защищать клетки от окислительного стресса. Однако пока это только возможное объяснение: исследователи изучали структуру белка и моделировали его взаимодействие с глутатионом, а не проверяли механизм в эксперименте на людях.
Кроме того, команда обучила модель машинного обучения определять хронологический возраст по генетическим данным кишечных бактерий. В независимых выборках она объясняла от 12,8 до 42% вариаций возраста. Это указывает на потенциальную информативность микробиома, но не означает, что по нему уже можно точно определить биологический возраст человека.
Почему состава бактерий недостаточно
Одна из особенностей работы заключается в том, что значительная часть обнаруженных связей не сопровождалась заметными изменениями количества соответствующих бактерий. По данным авторов, в 65,74% случаев независимые сигналы связи генетических вариантов бактерий с характеристиками человека не сопровождались статистически значимой связью с численностью соответствующих видов.
Это означает, что два человека могут иметь похожий набор кишечных микроорганизмов, но бактерии одного и того же вида у них будут различаться генетически. Такие различия потенциально могут отражаться на работе белков и других функциях микроорганизмов. Поэтому подсчет видов и оценка их количества не всегда позволяют получить полное представление о микробиоме.
Авторы также изучили структуру белков, затронутых генетическими изменениями. В частности, они выделили варианты, расположенные в участках, важных для связывания молекул или взаимодействия белков друг с другом. Такой подход помогает сформулировать гипотезы о возможных функциях бактерий, которые можно будет проверить в дальнейших экспериментах.
Может ли микробиом рассказать о старении
Полученные результаты не доказывают, что генетические изменения кишечных бактерий вызывают старение или ускоряют его. Исследование выявило статистические взаимосвязи, но не установило направление влияния. Например, возрастные изменения в организме могут создавать условия, при которых одни варианты микроорганизмов встречаются чаще других. Не исключено и воздействие дополнительных факторов, связанных одновременно с состоянием здоровья и составом микробиоты.
Следующим этапом станет проверка предполагаемых механизмов и изучение того, как конкретные генетические варианты влияют на функции бактерий. Для этого потребуются дополнительные исследования, в том числе экспериментальные. Пока результаты работы представляют собой ресурс для дальнейшего изучения взаимодействия микробиома и организма человека, а не готовый инструмент для диагностики возраста или оценки индивидуальных рисков для здоровья.