Epigenetica din punct de vedere microbian; •
- Esti aici:
- Institutul de Microecologie
- Seminarii
- Simpozion privind diagnosticul microbiomului
- Epigenetica din punct de vedere microbian
Epigenetica din punct de vedere microbian
Studiile arată că există o legătură între factorii de mediu în dezvoltarea copilăriei timpurii și sănătatea ulterioară. Acest lucru a fost bine cercetat, în special în ceea ce privește nutriția perinatală și riscul de obezitate. Cercetătorii discută modificările epigenetice ca unul dintre mecanismele posibile. Prin urmare, o microbiotă modificată în intestin ar putea modifica epigenomul uman prin intermediul produselor sale metabolice.
Proiectul genomului uman a fost odată steaua promițătoare în știință. Deoarece codul genetic, credeau atât de mulți, este cheia aproape tuturor bolilor umane. Dar a devenit rapid clar că genele nu sunt totul. „Deoarece informațiile genetice dezvăluie doar o parte din structura generală și aspectul unei persoane”, spune Dr. Torsten Plösch de la Clinica Universitară pentru Femei din Groningen, Olanda, în timpul prelegerii sale la cea de-a 4-a conferință de specialitate pentru microecologie din 15 octombrie 2016 la Herborn.
Modificările epigenetice controlează frecvența cu care sunt citite genele
Devine clar că nu toate genele din fiecare celulă sunt citite și traduse în proteine cu aceeași frecvență atunci când se compară celulele renale, hepatice și cutanate, de exemplu. Toți au același genom la o singură persoană, dar își asumă sarcini complet diferite. Procesele epigenetice sunt responsabile pentru acest lucru. Ei controlează ce gene sunt citite și când. În ultimii ani au existat dovezi din ce în ce mai mari că microbiomul din intestin controlează și procesele epigenetice - cum este subiectul unui tânăr domeniu de cercetare care lucrează intens la această problemă de aproximativ cinci ani.
În zona de cercetare a lui Plösch „Origini de dezvoltare a sănătății și bolilor”, oamenii de știință se ocupă de dezvoltarea perinatală a oamenilor. Ei investighează modul în care, de exemplu, dieta tatălui și a mamei, dar și factori de mediu, cum ar fi stresul sau substanțele chimice, influențează riscul ulterior de boală al copilului în creștere. „Bănuim că legătura dintre alimentația timpurie a copilăriei și alți factori poate influența sănătatea oamenilor la o vârstă mai înaintată prin modificări epigenetice”, a spus Plösch în prelegerea sa.
Ipoteza Barker
Domeniul de cercetare al dezvoltării perinatale a fost inițiat de epidemiologul britanic David Barker (1938 - 2013). El a menționat că în anii 1970 a existat o creștere a bolilor coronariene în regiunile sărace din Marea Britanie. Barker a dorit să atribuie fenomenul unor factori care influențaseră oamenii din aceste regiuni încă din copilărie. Așa că echipa lui Barker a făcut roiu și a pieptănat arhivele spitalelor britanice pentru a cataloga greutățile la naștere ale mii de britanici.
Relația dintre greutatea la naștere și riscul de boală
Într-un al doilea pas, cercetătorii din jurul lui Barker au încercat să găsească copiii care aveau aproximativ 60 de ani în momentul studiului. Oamenii de știință au reușit să facă acest lucru la 10.141 de bărbați și 5.585 de femei. Numele de fată s-a schimbat după ce căsătoria a îngreunat căutarea femeilor. „Datele au fost prelucrate într-o serie întreagă de publicații pe diferite imagini clinice”, a spus Plösch. „Dar toate reflectă unul și același fenomen: copiii cu o greutate ideală la naștere au un risc mai scăzut de îmbolnăvire la bătrânețe decât copiii cu o greutate extrem de mare sau mică la naștere.” 1 Datele au furnizat o corelație clară între greutatea la naștere și riscul de boală, dar au lăsat multe întrebări fără răspuns.
Problema cu datele Baker a fost: de exemplu, dieta și stilul de viață al mamelor în timpul sarcinii nu erau cunoscute. Dar și aici ar putea sta cheia sănătății și bolilor la bătrânețe.
Iarna foametei olandeze și descendenții săi
În iarna înfometării olandeze din 1944/45, în timpul ocupației germane, majoritatea olandezilor nu consumau mai mult de 1.000 de kilocalorii pe zi pe bază de carbohidrați. 20.000 de oameni au murit de foame. După iarna înfometării, aliații au eliberat Țările de Jos și situația alimentară s-a îmbunătățit brusc. Folosind circumstanțele dramatice care au durat aproximativ 4 luni, oamenii de știință au investigat modul în care foametea în timpul sarcinii afectează sănătatea descendenților la vârsta adultă.
Datele sugerează că factorii pre-diabetici sunt promovați de foamete în timpul celor trei trimestre de sarcină. Cu toate acestea, alte boli grave, cum ar fi cancerul de sân sau boala pulmonară obstructivă cronică (BPOC), au fost afectate în principal de lipsa alimentelor în primul trimestru. ”2 Alte studii au arătat că, pe lângă foamete, stresul existențial și alți factori joacă un rol important în sarcină dezvoltarea pieselor descendente.
„Ipoteza noastră a reieșit din aceste constatări că efectele pe termen lung ale factorilor de mediu timpurii sunt mediate de modificări epigenetice ale unor factori de reglementare importanți”, a explicat Plösch. Părinții își transferă „experiențele” descendenților lor cu ajutorul modificărilor epigenetice ale ADN-ului. „La rândul lor, reacționează diferit la stimulii din mediul înconjurător.”
Ce este epigenetica?
Epigenetica rezumă factori care determină doar temporar activitatea unei gene și, astfel, dezvoltarea celulei. Modificările epigenetice afectează modelul de citire a ADN-ului, făcând anumite secțiuni ale ADN-ului mai ușor sau mai dificil de accesat pentru citirea enzimelor. Modificările pot consta în metilarea ADN-ului, într-o modificare a histonelor sau în descompunerea accelerată a telomerilor. Ele pot fi observate numai la apariția unui organism; ADN-ul este complet reținut în secvența sa.
„Un exemplu viu de procese epigenetice sunt omizile și fluturii. Ambele au exact același genom. Deoarece genele ambelor ființe sunt citite diferit prin procese epigenetice, omida și fluturele arată atât de diferit ”, a explicat Plösch. La om, procesele epigenetice asigură, printre altele, că celulele stem se dezvoltă în diferite celule ale corpului, cum ar fi celulele renale, hepatice și cerebrale. Spre deosebire de mutațiile ADN, modificările epigenetice sunt reversibile. Ele pot, dar nu trebuie neapărat, să fie transmise celulelor fiice. Dar ce influențează procesele epigenetice dintr-un organism?
Cum dieta poate schimba epigenomul
Plösch a ilustrat influența dietei asupra epigenomului folosind șoarecii agouti cu piele galbenă. La șoareci, culoarea hainei descendenților depinde de dieta mamei. Dacă femela primește o dietă care este deosebit de bogată în metil, ea - asociată cu un mascul de tip sălbatic maroniu - naște mai puțini descendenți de culoare galbenă decât cu o dietă săracă în metil. Investigațiile au arătat mecanismul molecular din spatele fenomenului: Dacă organismul în creștere are mai multe grupuri metil disponibile Secțiunile ADN care codifică culoarea hainei descendenților nu mai sunt citite. 3 „Culoarea stratului galben lasă apoi locul hainei de tip sălbatic maroniu - aici dieta influențează în mod direct epigenomul”, spune Plösch.
Metilarea ADN-ului poate fi transmisă de-a lungul generațiilor
Un model de înfometare la șoareci însărcinați a arătat, de asemenea, că metilarea ADN-ului poate fi transmisă de generații. 4 Chiar și în a doua generație, modelele de citire ale genelor au fost modificate în mod măsurabil la descendenții șoarecilor care au primit doar jumătate din caloriile unui grup de comparație în timpul sarcinii: genele pentru metabolismul acizilor grași în ficat au fost citite semnificativ mai rar la aceste animale decât la descendenții normali soareci hraniti. Oamenii de știință au găsit observațiile confirmate cu privire la nivelul de metilare în diferite organe și în spermatozoizii descendenților.
„Între timp, sunt cunoscuți numeroși factori care pot fi modificați epigenetic prin dieta mamei”, spune Plösch, „dar niciunul dintre factori nu este schimbat dramatic.” Mai degrabă, adăugarea multor modificări mici duce la o schimbare totală a metabolismului descendenților. schimbare, a rezumat Plösch.
Cum bacteriile pot (d) influența epigenomul
Mult timp, doar câțiva au fost interesați de bacteriile din intestin. „Dar la un moment dat nu mai puteai ignora microbiota în cercetarea metabolică”, spune Plösch. Au apărut următoarele întrebări: O schimbare a microbiomului intestinal are consecințe pe termen lung pentru epigenom? Și există interacțiuni între bacterii și epigenom? Pentru a găsi răspunsuri, oamenii de știință Plösch au investigat modul în care laptele îmbuteliat în comparație cu laptele matern afectează microbiomul intestinal al sugarilor. 13
Relația dintre nutriție, bacterii intestinale și epigenom
Bacteriile tipice din laptele matern, cum ar fi bifidobacteriile sau ruminococii, produc acid folic - o substanță care poate fi utilizată pentru a crește metilarea ADN-ului. "Aici avem legătura dintre nutriție, bacterii intestinale și epigenom", a explicat Plösch, "dar nu putem spune încă dacă diferitele diete conduc efectiv la un epigenom diferit la copil."
Un lucru este cert: compoziția microbiotei intestinale poate fi influențată de dietă și de alți factori, cum ar fi terapiile cu antibiotice. În funcție de compoziție, bacteriile intestinale produc diferite produse metabolice. „Este de conceput că celulele intestinale în special, dar și celulele imune din intestin, celulele din vena portă sau din ficat pot fi atinse de acești metaboliți. Acolo sunt fie substraturi pentru metilare, fie influențează anumite enzime care sunt implicate în procesele epigenetice ”, a rezumat Plösch. "Schimbările în modelul de citire a genelor care sunt cauzate în acest mod pot fi păstrate mult timp."
Necesitate de clarificare: Câți metaboliți bacterieni ajung în interiorul corpului?
Ce alimente sunt transformate în produse metabolice în intestin care influențează epigenomul este încă aproape necunoscut. Acum trebuie clarificat dacă și câți metaboliți bacterieni pătrund în mucoasa intestinală și modifică epigenetic diferitele celule ale corpului. Efectele dozelor mari de acid folic în timpul sarcinii asupra epigenomului bebelușului ar trebui, de asemenea, să fie examinate mai atent în viitor.