Как бактерии влияют на работу генов

Давно известно, что желудочно-кишечные бактерии влияют на обмен веществ, на иммунитет и даже на мозг. Очевидно, они как-то вмешиваются в работу генов в наших клетках, так что какие-то гены начинают работать активнее, другие, наоборот, отключаются. Но как бактерии это делают? Какие молекулярные механизмы используют?

Исследователи из Бабрахамского института пишут в Nature Communications, что желудочно-кишечные микробы могут влиять на активность генов с помощью коротких жирных кислот, таких, как масляная кислота. Эти жирные кислоты подавляют активность особых ферментов – гистоновых деацетилаз, участвующих в управлении нашими генами.

Гистоновые деацетилазы (HDAC) работают с другими белками – гистонами, которые служат упаковщиками, или, говоря иначе, белками-архиваторами ДНК. Гистоны все время взаимодействуют с ДНК, но притом они могут упаковать ее очень плотно, так что с ней никому нельзя будет работать, а могут, наоборот, удерживать ДНК очень свободно, так что с нее смогут считывать генетическую информацию специальные молекулярные машины.

Насколько сильно гистоны упакуют ДНК, зависит от того, какие на них будут химические модификации. И у каждой клетки есть целый набор ферментов, которые вешают или снимают с гистонов те или иные химические метки, заставляя эти белки упаковывать ДНК то плотнее, то слабее.

Как можно понять, к таким ферментам относятся и вышеупомянутые гистоновые деацетилазы – они занимаются тем, что снимают с гистонов химические метки в виде остатков кислот. Но и их активность тоже зависит от разных факторов, в том числе и от разнообразных молекул, которые могут эти ферменты выключать. Так вот, оказалось, что кишечные бактерии своими жирными кислотами могут отключать одну из гистоновых деацетилаз – HDAC2. В итоге с гистонов никто не снимает «кислотные» метки (которые навесили на них другие ферменты). Такие меченые гистоны связываются с ДНК иначе, чем «чистые» гистоны, и особым образом настраивают активность генов.

На что это влияет? Из более ранних исследований известно, что чем выше активность фермента HDAC2, тем выше вероятность рака толстой кишки: HDAC2 так настраивает активность генов в клетках кишечного эпителия, что они перерождаются в злокачественные. В новых экспериментах мышей лишали кишечной микрофлоры, и у животных действительно сильно повышалась активность HDAC2. Получается, что бактерии защищают нас от рака толстой кишки – хотя тут все равно нужно будет провести дополнительные исследования, чтобы прояснить связь между ними и шансами получить опухоль.

Наконец, необходимо добавить, что бактерии производят тем больше коротких жирных кислот, чем больше мы едим фруктов и овощей. Иными словами, чтобы микробы у нас внутри хорошо работали, им нужно растительное сырье – и это еще один мощный аргумент в пользу правильного питания.