Многочисленные исследования показывают, что ряд заболеваний человека связан с изменением качественного и количественного состава микробиома кишечника. Однако информации о том, какие организмы и в каком количестве населяют этот орган, недостаточно. Необходимо также понимать механизмы их функционирования. Например, знать, какие вещества необходимы для роста этих организмов, а какие они способны синтезировать самостоятельно. Все это можно предсказать, зная последовательность ДНК, и самый эффективный способ получить такие данные – «прочитать» (секвенировать) геном нужного организма.
Российские ученые из Института проблем передачи информации имени А. А. Харкевича РАН совместно с зарубежными коллегами оценили, какие витамины группы B синтезируются бактериями, населяющими кишечник человека. Эти вещества были выбраны не случайно, поскольку являются предшественниками жизненно важных метаболических кофакторов, таких как HAД и коэнзим A. НАД задействован в клеточных реакциях с переносом электронов, в том числе связанных с получением энергии из питательных веществ. Коэнзим А участвует в процессах окисления и синтеза жирных кислот и жиров, а также в превращениях продуктов распада углеводов.
На первом этапе работы исследователи провели компьютерную реконструкцию путей биосинтеза восьми витаминов группы B (B1, B2, B3, B5, B6, B7, B9 и B12) и квеуозина — одного из компонентов транспортной РНК бактерий. В качестве объектов для анализа ученые использовали 2228 геномов кишечных бактерий из открытых баз данных. На основе полученной реконструкции авторы работы оценили, какая часть бактерий способна самостоятельно производить эти витамины, а какая нуждается в их постоянном поступлении в организм. На втором этапе исследователи оценили потенциал к синтезу витаминов реальных человеческих микробиомов, полученных в проектах Микробиом человека (Human Microbiome Project) и Американский кишечник (American Gut Project).
Картинка: распределение способности к синтезу витаминов B группы среди кишечных бактерий. Источник: Александр Арзамасов
«Наши метаболические реконструкции могут быть использованы для характеристики самых разнообразных образцов микробиомов кишечника человека, в том числе полученных от пациентов с различными заболеваниями. Подобное изложение их функций позволит лучше понять связь между патологиями и микробиомом кишечника», – говорит Александр Арзамасов, один из авторов работы, младший научный сотрудник ИППИ РАН.
Ученые планируют продолжить создание реконструкций метаболических путей микробиоты кишечника. Наибольший интерес, по словам авторов работы, представляет построение моделей метаболизма углеводов кишечными бактериями, поскольку оно послужит основной для рационального дизайна новых пребиотиков – веществ, стимулирующих жизнедеятельность полезных микроорганизмов.
