Триллионы микроорганизмов живут в нашем желудочно-кишечном тракте, и многие из них выполняют важные и полезные функции, например, помогают нам расщеплять пищу и поглощать питательные вещества внутри. Иногда эти микробы несут гены, которых у нас нет, что позволяет нам переваривать больше материалов, чем мы могли бы самостоятельно. Ученые теперь обнаружили, что кишечный микроб человека несет гены, которые позволяют расщеплять молекулу под названием порфиран, которая содержится в морских водорослях. Исследователи обнаружили, что эти гены пищеварения морских водорослей такие же, как и некоторые из них, найденные в океанских бактериях. Результаты были опубликованы в Клеточный хозяин и микроб.
Авторы исследования предположили, что эти гены пищеварения морских водорослей возникли в океанских бактериях, а другие подобные гены могут быть гораздо более распространенными, чем мы знали. Они смогли переместиться в микробы в кишечнике человека, потому что гены легко переносятся между бактериями в процессе, называемом горизонтальным переносом генов.
Пищевые волокна, соединения, называемые полисахаридами, которые поступают из овощей, фруктов и зерновых, могут перевариваться кишечными бактериями. Но их химическая структура отличается от полисахаридов, обнаруженных в морских водорослях. Гены, обнаруженные в океанских микробах, называемых бактероидами, которые переваривают полисахариды морских водорослей, сумели найти место в некоторых кишечных микробах человека.
Так как же туда попали гены? Исследователи до сих пор не знают, произошли ли они от кишечного микроба, который был потреблен человеком, или они пошли «более сложным путем», сказал соруководитель исследования Эрик Мартенс, доктор философии, профессор кафедры микробиологии и иммунологии Медицинской школы Мичиганского университета.
Для этого исследования исследователи обратились к легкодоступному образцу: стул от студентов бакалавриата. Фекальные образцы считаются простым способом получить снимок микробов в кишечных бактериях, выделяя и секвенируя генетический материал в образце, а затем сравнивая последовательности с известными видами. Команда также оценила, как бактерии разлагают полисахариды, содержащиеся в морских водорослях, такие соединения, как альгинат, каррагинан, ламинарин и порфир.
Они определили, что гены деградации ламинарина были в изобилии в образцах, в то время как другие гены переваривания полисахаридов морских водорослей были менее распространены. Ламинарин имеет некоторое сходство с бета-глюканами, содержащимися в овсе и зернах, что может быть причиной того, что гены были распространены.
«Гены для обработки агарозы и порфира, двух наиболее часто потребляемых морских водорослей в Юго-Восточной Азии, как правило, обогащались людьми, живущими там», — отметил Мартенс. Образцы от людей, живущих в различных частях мира, были использованы в этом исследовании для определения распределения кластеров генов.
Например, люди в Китае или Японии с большей вероятностью, чем в других странах, несли гены деградации порфиранов. Carageeenan долгое время использовался в качестве пищевой добавки, и гены переваривания каррагинана были наиболее распространены в образцах из Китая, Японии и Северной Америки.
Гены, которые могут переваривать морские водоросли, были также обнаружены у другого вида распространенных кишечных бактерий, называемых Firmicutes.
«Известно, что фирмикуты живут в кишечнике рыбы, и ближайшими предками генов, которые, по-видимому, прыгнули в кишечник человека, были те, которые были найдены в рыбе», — сказал Мартенс.
Ученые отметили, что это исследование показало, насколько сложным может быть взаимодействие между диетой и адаптацией микробиома кишечника человека в различных популяциях.
