Биологические науки /11.Биоиженерия и биоинформатика

Белалы Ю.Ю., Боровская А.А., Гречихина О.И., Россихин В.В.

Национальный технический университет «ХПИ»., г. Харьков

СИМБИОТЫ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО СВЕРХОРГАНИЗМА

В кишечнике взрослого человека присутствует более 1-1,5 кг микроорганизмов, видовой состав которых до конца не известен.

Микробиологи знают "в лицо" из сотен видов лишь несколько десятков представителей, которых можно вырастить на искусственных средах.

Большинство же микроорганизмов на искусственных средах не растет, их называют "некультивируемыми".

Чтобы что-либо узнать об этих микроорганизмах, исследователи Принстонского университета (Nature, Science, 2006) выделили ДНК из фекалий двух человек, не принимавших год до этого никаких лекарств, и провели секвестрирование, т.е. определение нуклеотидной последовательности ее фрагментов.

Отсеквенированные фрагменты собирались в цепочки на основе наличия перекрывающихся концевых участков, что дало возможность получить около 74 тысяч неповторяющихся цепочек общей протяженностью более 78 миллионов пар оснований. Для сравнения, в геноме человека всего 2,85 миллиарда пар оснований, а в геноме одной бактерии - от 2 до 5 миллионов пар оснований.

Ставилась задача не восстановления полных геномов всех кишечных микроорганизмов, а получения общих представлений об их разнообразии, структуре и обмене веществ. Для этого полученной выборки геномных последовательностей оказалось достаточно. Данный метод исследования сообществ микроорганизмов получил название "метагеномного анализа".

В отсеквенированных последовательностях далее искались гены с известными функциями, чтобы определить фрагменты, принадлежащие бактериям и археям. Отдельно анализировались гены рибосомной РНК, по которым классифицируют микроорганизмы. При этом удалось идентифицировать только 72 разновидности бактерий [60 некультивируемых, а остальные новые для науки) и один вид архей [метаноген Methano-brevibacter smithli]. Было подсчитано, что при полном секвенировании ДНК число выявленных разновидностей микроорганизмов составило бы не менее 300.

Анализ количественного распределения выявленных генов микроорганизмов по функциональным группам показал, что в кишечной микрофлоре преобладают гены микробов, участвующих в метаболизме растительных полисахаридов и метаногенезе. Растительные полисахариды расщепляются преимущественно бродильными бактериями, выделяющими как конечные продукты обмена низкомолекулярные органические кислоты (ацетат, бутират, пропионат), активно всасывающиеся кишечным эпителием и утилизируемые организмом человека. Из них человек получает около 10% калорий. Выделяемый бродильными бактериями молекулярный водород утилизируется метаногеном Methanobrevibacter smithii, а также некоторыми другими микроорганизмами.

Микроорганизмы продуцируют также значительное количество необходимых человеку аминокислот и витаминов, а еще поставляют разнообразные ферменты, обезвреживающие токсичные вещества, присутствующие в его повседневной пище.

Геномы микроорганизмов служат важным дополнением геному человека, что дает основание рассматривать человека как "сверхорганизм", обмен веществ которого обеспечивается слаженной работой не только собственных ферментов, но и ферментов, закодированных в геномах сотен видов симбиотических микроорганизмов.

Доля человеческих генов в совокупном геноме "сверхорганизма" всего около 1 %.