В ходе новой работы, опубликованной в журнале «Nature Microbiology», команда британских ученых из Кембриджского университета (University of Cambridge) и Института Фрэнсиса Крика (Francis Crick Institute), США, выявила, что взаимосвязь между активностью генов и метаболизмом — химическими реакциями, происходящими с поступающими питательными веществами, — двусторонняя. Иными словами, не только гены влияют на скорость расщепления пищи, но и пища принимает участие в регуляции активности генов. Исследователи отметили, что полученные выводы можно считать научным доказательством истинности крылатого выражения «Мы есть то, что мы едим».
Впервые о существовании генов, определяющих фенотип личности, человечество узнало более 150 лет назад из работ «отца генетики» Грегора Менделя. С тех пор ученые провели множество работ по изучению генома и ДНК. Они доказали, что индивид является отображением не только присущей ему генетической информации, но и результатом влияния эпигенетических механизмов, способных изменять геном путем повышения активности или полного блокирования отдельных генов. Ранее было доказано, что жизнедеятельность клеток регулируется двумя факторами: генами, находящимися в клеточном ядре и содержащими информацию о всем организме, и метаболизмом — совокупностью химических реакций, необходимых для поддержания клеточной жизнеспособности. Недавно специалисты начали более пристально изучать метаболизм как механизм влияния на генную регуляцию. Известно, что метаболические реакции отличаются широкой вариабельностью и зависят о количества и типа потребляемых с пищей нутриентов — сахара, аминокислот, жирных кислот, витаминов и т.д.
В ходе данной работы объектом изучения стали клетки дрожжей. С точки зрения биохимии они схожи с клетками человека и ими легко манипулировать в лабораторных условиях. Чтобы оценить влияние метаболизма на гены и скорость продукции определенных молекул, ученые изменяли уровень обмена веществ, а следовательно, и набор конечных продуктов метаболизма в исследуемых клетках. Они определили, что изменение клеточного метаболизма влияло на активность более 90% генов и продуцируемых молекул. Автор работы доктор Маркус Ралсер (Markus Ralser) отметил, что, учитывая полученные результаты, можно с уверенностью говорить, что метаболизм играет более динамическую роль в жизнедеятельности клеток, чем принято было полагать ранее. Он подчеркнул, что активность практически всех генов может изменяться под влиянием поступающей пищи и доступности определенных нутриентов. В большинстве случаев выявленная взаимосвязь настолько сильна, что изменение метаболического профиля клеток приводит к абсолютным изменениям в работе генов.
Команда ученых высказала надежду, что полученные результаты будут иметь клиническое применение. Например, с их помощью можно будет объяснить различия в реакции пациентов на одни и те же лекарственные препараты, а также дополнить знания о канцерогенезе. Так, можно предположить, что мутации в опухолевых клетках могут приводить к изменению клеточного метаболизма, что в свою очередь изменяет активность генов. Кроме того, доктор М. Ралсер обратил внимание еще на одно практическое следствие из данной работы. Он отметил, что часто при невозможности повторения результатов предыдущих исследований ученые указывают на несовершенство дизайна работы или примененных методов, однако причина может быть в небольших различиях метаболизма и потому одной из важнейших целей будет создание лабораторных методов, позволяющих эффективно контролировать различия в обмене веществ.
- Alam M.T., Zelezniak A., Mülleder M. et al. (2016) The metabolic background is a global player in Saccharomyces gene expression epistasis. Nature Microbiology, February 1 [Epub ahead of print].
- Paddock C. (2016) Gene study confirms ‘we are what we eat’. Medical News Today, February 12 (http://www.medicalnewstoday.com/articles/306461.php).
Юлия Котикович
