Хотя в этой динамичной экосистеме существует большая конкуренция, сотрудничество тоже ценится. Новое исследование взаимодействия микробов и клеток, выстилающих кишечник мышей, показывает, насколько взаимодействующей может быть эта среда.Один из основных способов, которыми хозяева управляют своим взаимодействием с микробами, — это тщательный контроль генов, которые используют их клетки. Исследователи из Университета Дьюка вместе с коллегами из UNC-Chapel Hill и Stanford обнаружили, что гены хозяина в кишечнике готовы реагировать на микробы, а микробы посылают сигнал хозяину, чтобы определить, какие гены отвечают.
Исследование появится 7 августа в журнале Genome Research.«Кишечник выполняет сложную задачу — он должен обеспечивать переваривание и всасывание питательных веществ с пищей, в то же время тщательно укрывая и управляя многочисленным микробным сообществом внутри», — сказал Джон Ролз, доцент молекулярной генетики и микробиологии в Школе Дьюка. Медицина.«Эти физиологические обязанности и микробные взаимодействия различаются в разных частях кишечника».
Молекулы, производимые по требованию генами хозяина, выполняют множество различных функций, которые могут помочь или повредить насекомым: иммунные реакции, пищеварительные ферменты, физиологический «климат-контроль» и метаболизм, среди прочего. В некоторых случаях микробы могут даже вызывать атаки иммунной системы на своих конкурентов, сказал Ролз. «Хорошие заборы — хорошие соседи».Ученым уже давно известно, что разные гены хозяина активны (или экспрессируются) на разных участках по длине кишечника, что у человека составляет около 25 футов. Но как эти гены взаимодействуют с микробным сообществом, неясно.
Каждая клетка содержит полный набор ДНК в геноме человека, но большая ее часть плотно спулирована в хранилище и недоступна для экспрессии.
По словам Грегори Кроуфорда, доцента педиатрии и эксперта по экспрессии генов, в зависимости от типа ткани и того, какую работу она выполняет, отдельные части ДНК не объединяются, чтобы стать доступными для активности через структуру, называемую открытым хроматином. Эти открытые области хроматина, как известно, являются ключевыми участками в геноме, которые контролируют, какие гены экспрессируются, а какие нет.Исследователи вошли в это исследование, ожидая обнаружить, что микробы сигнализируют хозяину об открытии участков хроматина для активации экспрессии генов в кишечнике. Но они обнаружили, что хозяин выбирает, какие области хроматина открываются, чтобы сделать гены доступными для использования в каждой области кишечника.
Для исследования использовались три разные популяции мышей: мыши, выращенные без микробов, мыши, которые сначала были свободны от микробов в течение 8-10 недель, но затем получили интенсивную двухнедельную колонизацию микробами, и мыши, выращенные обычным способом, подвергшиеся воздействию любых микробов. были доступны в их среде.Однако вместо того, чтобы обнаружить три разных паттерна открытого хроматина, эксперименты показали, что все три были в значительной степени одинаковыми.
По словам Кроуфорда, их микробное воздействие было различным, и паттерны экспрессии генов варьировались, но части генома, открытые в каждом месте кишечника, оставались неизменными.«Другими словами, доступ к генам определяется хозяином, но использование определенных генов регулируется микробами», — сказал Кроуфорд.
В текущем исследовании просто изучались клетки эпителия, слой клеток, выстилающий кишечник, но были и другие клетки, реагирующие на эти микробные сигналы. «Вероятно, что эти микробные сигналы достигают других клеток по всему телу, которые, в свою очередь, вызывают свои собственные специфические реакции», — сказал Ролз.Ролз сказал, что многие гены, которые активируются микробами в кишечнике мышей, аналогичным образом реагируют и в кишечнике рыб. «Это, по-видимому, очень древние способы связи между микробами и их животными-хозяевами», — сказал Ролз. «Микробы глубоко влияют на наше здоровье, но мы только начинаем понимать, как они это делают».
Получив некоторое представление о ландшафте открытого хроматина у здоровых мышей, исследователи теперь надеются выяснить, как эти отношения меняются с болезненными состояниями.