Спецтема:

Метагеном: що це таке

Людина – це симбіотичний організм, тож ми сильно залежимо від бактерій, які в нас живуть. Бактерії захищають від патогенів: якщо у нас є здорове бактеріальне співтовариство і до нас у кишечник потрапили патогенні бактерії, вони просто не зможуть у цьому співтоваристві прижитися. Частину вітамінів ми отримуємо з їжею, а іншу помітну частку виробляють наші кишкові бактерії.

Сукупний геном якогось співтовариства організмів називають метагеномом. Наприклад, є метагеном бактерій, що живуть у роті людини. Насправді це не дуже точно, тому що на зубах живе одне співтовариство, на верху язика живе інше, знизу – третє і так далі. Підозрювали й раніше, що бактеріальні спільноти надзвичайно різноманітні, але не було гарного способу цю різноманітність описати.

Коли з’явилися методи аналізу через визначення генетичної послідовності, то одним із суттєвих сюрпризів стало те, наскільки величезне це розмаїття. Це сотні геномів, про більшість з яких раніше нічого не знали. Вони некультивовані, тобто ми не можемо їх вивчати класичними мікробіологічними засобами, і єдине, що ми можемо з ними робити, – це вивчати і порівнювати їхні геномні послідовності.

2

Бактеріальних клітин в людині принаймні у 10 разів більше, ніж її власних клітин. З точки зору бактерій ми просто великий ходячий будинок. Ясно, що бактеріальні клітини істотно менші, ніж клітини людини, а проте 1-2 кілограми бактерій ми з собою носимо.

3

Людина – це симбіотичний організм, тож ми сильно залежимо від бактерій, які в нас живуть. Наприклад, вони взаємодіють з нашою імунною системою. Багато автоімунних захворювань, особливо автоімунні захворювання кишечника, є наслідком бідності бактеріальної флори: імунна система починає працювати вхолосту. 

До деякої міри наші бактерії захищають від патогенів: якщо у нас є здорове бактеріальне співтовариство і до нас у кишечник потрапили патогенні бактерії, вони просто не зможуть у цьому співтоваристві прижитися. 

Крім того, в нас відбувається обмін речовинами з цими бактеріями. Вітаміни для нас продукує кишкова флора: частину їх ми отримуємо з їжею, а іншу помітну частку виробляють наші кишкові бактерії.

Є кілька міжнародних проектів з вивчення і зіставлення мікробіомів різних частин людини. Можна описувати їх видове різноманіття, а можна намагатися описувати функціональні властивості мікробіомів у цілому. В різних людей мікробіоми індивідуальні. 

Відомо, що у повних людей і у худих різний видовий склад бактерій, які живуть в кишечнику. Це можна досліджувати експериментально: ви берете кілька стерильних мишенят, одних заражаєте одними бактеріями, інших – іншими, і навіть якщо ці мишенята з одного і того ж посліду, одні будуть важити на десятки відсотків більше за інших при однаковому харчуванні.

4

З медичної точки зору дуже суттєвим є вплив антибіотиків, тому що антибіотики – це те, чим убивають бактерії. Вбити ви хочете патогена, але при цьому ви труїте і свою власну бактеріальну флору. Тому розумною є процедура, коли у людини перед тим, як давати їй великі дози антибіотику, збирають зразки калу і потім, щоб відновити кишкову мікрофлору, цими зразками знову засівають її кишечник.

Є досить велика група бактерій, так званих умовно-патогенних, які завжди присутні і в нормі ніякого впливу на людину не чинять, а при ослабленні організму – після прийому великих доз антибіотиків, при зміні мікрофлори або виникненні проблем з імунітетом – вони починають викликати хвороби.

Типовий приклад – це золотистий стафілокок, він присутній на шкірі у половини людей, а бешихове запалення при цьому все-таки буває далеко не у всіх. Більшість з цих бактерій не культивуються.

5

Є гарні роботи з Метагеномного аналізу Світового океану. Крейг Вентер – один з авторів перших статей про геном людини, а його наступним великим проектом був саме метагеномний аналіз океану. Він купив яхту і проплив від Ньюфаундленда через Панамський перешийок у Тихий океан, а по дорозі зачерпував проби води й потім визначав послідовність геномів бактерій, які в цих пробах жили. Про бактерії, які населяють Світовий океан, ми знали досить мало, а це більша частка в продукуванні кисню порівняно з лісами, які ми так активно захищаємо. Основну частину кисню виробляють одноклітинні ціанобактерії в океані.

6

Є екзотичні і дуже гарні приклади вивчення бідних видами мікробіомів, пов’язаних з незвичайними умовами. Наприклад, є колишня залізна шахта з кислою водою, фактично це розбавлена сірчана кислота. Там живе кілька видів бактерій. Зазвичай коли ви займаєтеся метагеномікою, то реконструювати повні геноми не можете: у вас виходять шматочки. А коли видів мало і прочитано при цьому дуже багато шматочків, то вони починають склеюватися у повні геноми. Тут вже можливий якийсь гібрид метагеномних і класичних мікробіологічних підходів.

7  

Була ще чудова історія про морського хробака Olavius algarvensis, в якого немає шлунку. Замість цього у нього в шкірі живуть у симбіозі кілька видів бактерій. Знову ж таки визначили послідовність відразу всіх і описали метаболічні взаємини між цими видами: хтось хробакові робить амінокислоти, хтось допомагає цьому, поставляючи субстрати для дихання.

Від хробака ж бактеріям потрібно, щоб він повзав, так як самі вони не можуть пересуватися на великі відстані. Виходить такий тролейбус, який переміщується туди, де є потрібна концентрація сірки, заліза, вуглекислого газу.

Окремо всіх цих істот виростати неможливо: вони можуть існувати тільки як єдине ціле. Ось така чудова метагеномна історія.

 

Гравець: 
Ігор Каганець
 
Форум Підтримати сайт Довідка