Мікробіота кишечника батька впливає на наступне покоління

Дослідження, проведене групою Хакетта в Європейській лабораторії молекулярної біології (EMBL) у Римі, показало, що порушення кишкового мікробіому у самців мишей збільшує ризик захворювань у їхнього майбутнього потомства.

Кишковий мікробіом – це мікробна спільнота, яка мешкає у шлунково-кишковому тракті. Вона відповідає за вироблення ферментів, метаболітів та інших молекул, важливих для метаболізму хазяїна та його реакції на навколишнє середовище.

Таким чином, збалансований кишковий мікробіом важливий для здоров'я ссавців, допомагаючи регулювати імунну та ендокринну системи. Це, у свою чергу, впливає на фізіологію тканин у всьому організмі. Однак мало що було відомо про вплив кишкового мікробіома на репродуктивну функцію господаря та про те, чи може змінений батьківський мікробіом впливати на здоров'я його потомства.

Група Хакетта з EMBL у Римі разом з групами Борка та Циммерманна з EMBL у Гейдельберзі поставила собі за мету відповісти на це питання. Їхні результати, опубліковані в журналі Nature, показали, що порушення кишкового мікробіому у самців мишей збільшує ймовірність того, що їхнє потомство народиться з низькою вагою при народженні та матиме підвищений ризик передчасної смерті.

Передача інформації наступному поколінню

Щоб вивчити вплив кишкового мікробіому на репродуктивну функцію самців та їхнє потомство, дослідники змінили склад мікробів у кишечнику самців мишей, лікуючи їх звичайними антибіотиками, які не потрапляють у кров. Це викликає стан, який називається дисбактеріозом, при якому мікробна екосистема в кишечнику порушується.

Потім вчені проаналізували зміни у складі важливих метаболітів яєчок. Вони виявили, що дисбактеріоз у самців мишей впливає на фізіологію яєчок, а також на склад метаболітів та гормональну сигналізацію. Принаймні частково цей ефект був зумовлений змінами рівня ключового гормону лептину в крові та яєчках самців з індукованим дисбактеріозом.

Ці спостереження свідчать про те, що ссавці мають «вісь кишечник-зародкова лінія», яка є важливим зв'язком між кишечником, його мікробіотою та зародковою лінією.

Щоб зрозуміти важливість цієї «осі кишечник-зародкова лінія» для спадковості, вчені схрещували або нелікованих, або дисбіотичних самців з нелікованими самками. Цуценята батьків з дисбіозом мали значно нижчу вагу при народженні та підвищену смертність після народження. Різні комбінації антибіотиків, а також лікування проносними засобами, що викликають дисбактеріоз (які також порушують мікробіоту), мали подібний вплив на потомство.

Важливо, що цей ефект є оборотним. Після припинення прийому антибіотиків мікробіоми батьків відновлюються. Коли мишей з відновленим мікробіомом спаровують з нелікованими самками, їхнє потомство народжується з нормальною вагою та розвивається нормально.

«Ми спостерігали, що міжпоколіннєві ефекти зникли після відновлення нормального мікробіому. Це означає, що будь-які зміни в кишковому мікробіомі, які могли б спричинити міжпоколіннєві ефекти, можна запобігти у майбутніх батьків», – сказав Пір Борк, директор EMBL Heidelberg, який брав участь у дослідженні.

«Наступний крок — детально зрозуміти, як різні фактори навколишнього середовища, такі як ліки, включаючи антибіотики, можуть впливати на батьківські зародкові лінії та, отже, на ембріональний розвиток».

Айле Денбоба, перший автор статті та колишній постдокторант групи Хакетта, а зараз керівник групи в Інституті імунології та епігенетики імені Макса Планка у Фрайбурзі, Німеччина, додала: «Дослідження виникло з бажання зрозуміти вплив навколишнього середовища на батьків, розглядаючи кишковий мікробіом як місток між взаємодією господаря та навколишнього середовища, створюючи достатню причинно-наслідкову модель для оцінки міжпоколінних ризиків для здоров’я в складних екологічних системах».

Вплив батьків на ризик захворювань під час вагітності

У своїй роботі Хакетт та його колеги також виявили, що дефекти плаценти, включаючи погану васкуляризацію та повільний ріст, частіше зустрічалися у вагітностей чоловіків з дисбіозом. Дефектна плацента демонструвала ознаки поширеного ускладнення вагітності у людей, яке називається прееклампсією, що призводить до поганого росту потомства та є фактором ризику розвитку широкого спектру захворювань у подальшому житті.

«Наше дослідження демонструє існування каналу зв’язку між кишковим мікробіомом та репродуктивною системою у ссавців. Більше того, фактори навколишнього середовища, які порушують ці сигнали у майбутніх батьків, збільшують ризик несприятливого здоров’я потомства, змінюючи розвиток плаценти», — сказав Джеймі Хакетт, координатор дослідницького проєкту та керівник групи EMBL Rome.

«Це означає, що у мишей батьківське середовище безпосередньо перед зачаттям може впливати на риси потомства незалежно від генетичного успадкування».

«Водночас ми виявили, що цей ефект спостерігається лише в одному поколінні, і я маю наголосити, що потрібні додаткові дослідження, щоб з’ясувати, наскільки поширені ці ефекти та чи актуальні вони для людей. Існують притаманні відмінності, які необхідно враховувати при перенесенні результатів дослідження мишей на людей».

Хакетт продовжив: «Але враховуючи широке використання в західній культурі дієтичних та антибіотичних практик, які, як відомо, порушують кишковий мікробіом, важливо уважніше розглянути міжпоколіннєвий вплив батьків та те, як він може впливати на результати вагітності та ризик захворювань у популяції».