Российские учёные генетики предлагают сотрудничество в области изучения эволюции бактерий микробиома человека
Пресс-релиз сотрудников ИОГен РАН, опубликованную в августе 2021 года в журнале International Journal of Molecular Sciences в специальном выпуске "The interplay of Microbiome and Immune Response in Health and Diseases - 2n Edition" на обзорную статью "The Role of the PFNA Operon of Bifidobacteria in the recognition of Host's Immune Signals: Prospects for the Use of the Fn3 Protein in the Treatment of COVID-19".
Учёными ИОГен РАН обнаружен и исследован уникальный набор генов бифидобактерий организованный в единую генетическую систему – PFNA оперон. Обозначение дано по названию ключевых генов, отвечающих за распознание сигналов организма хозяина. Бифидобактерии являются одними из самых древних обитателей нашей планеты, существовавшие в те времена, когда на Земле ещё отсутствовал кислород. После наполнения атмосферы кислородом продуцируемом сине-зелёными водорослями, бифидобактерии поселились в закрытых полостях животных укрывших от пагубного действия кислорода. Сегодня их можно обнаружить у всех животных и насекомых. У человека они живут в кишечнике и полости рта и играют важнейшую роль в формировании у детей иммунной системы и поддержания гомеостаза у взрослых. Также эти функции бифидобактерии выполняют и у других организмов, которые они населяют.
По современной классификации существует много десятков видов бифидобактерий, принадлежащих к одному роду Bifidobacterium. Учёные занимающиеся изучением мира бактерий давно задаются вопросами: как в процессе эволюции образовалось множество типов, классов, семейств, родов и видов бактерий, какие факторы внешней среды и какие генетические механизмы приводят к образованию конкретных видов?
Учёные лаборатории генетики микроорганизмов ИОГен РАН около десяти дет назад на примере бифидобактерий начали искать ответы на эти вопросы. Являясь симбиотическим обитателями кишечника человека, бифидобактерии постоянно взаимодействуют с иммунной системой хозяина и получают от неё сигналы, в ответ на которые могут продуцировать полезные для организма человека метаболиты. Какие гены, белки и ферменты способны воспринимать данные сигналы и преобразовывать их в адекватные для организма продукты? Учёные нашли ответ на этот вопрос - это гены PFNA оперона: pkb2, fn3, aaa-atp, duf58, tgm. Оказалось, что PFNA оперон является видоспецифическим, т.е. кодируемые им белки сильно отличаются между различными видами и по-видимому способны взаимодействовать с набором лигандов хозяина, включая элементы иммунной системы – цитокины. Видоспецифичность PFNA оперона позволяет предположить, что он и является тем механизмом который определял и определяет образование новых видов бифидобактерий . Иммунная система хозяина является фактором отбора, который способствовал формированию PFNA оперона. Получение доказательств подтверждающих эту прорывную теорию эволюции бактерий, задача будущих исследователей генетиков ИОГен РАН. Есть ли подобные системы у других систематических групп бактерий? Это перспективные исследования для учёных интересующихся данной проблемой во всём мире.
Все эти фундаментальные вопросы эволюции бактерий систематизируются в опубликованной обзоре. Знаменательно, что 150 лет назад была опубликована теория эволюции человека Чарльзом Дарвином.
В первую очередь, это касается бактерий микробиома человека. Очевидная практическая значимость этих исследований для медицины, в том числе, для реабилитации переболевших COVID-19 инфекцией населения мира. Создание на основе FN3 белков бифидобактерий и других бактреий препаратов регулирующих цитокиновый шторм очевидная перспектива. Фундаментальные открытия и практическое применение полученных результатов будут сокращаться в наше тревожное время.
Материалы представил Валерий Николаевич Даниленко, зав. отделом генетических основ биотехнологий ИОГен РАН.
