Tēva zarnu mikrobiota ietekmē nākamo paaudzi

Haketa grupas pētījumā Eiropas Molekulārās bioloģijas laboratorijā (EMBL) Romā atklājās, ka zarnu mikrobioma izjaukšana peļu tēviņiem palielina slimību risku viņu nākamajiem pēcnācējiem.

Zarnu mikrobioms ir mikrobu kopiena, kas apdzīvo kuņģa-zarnu traktu. Tas ir atbildīgs par enzīmu, metabolītu un citu molekulu, kas ir svarīgas saimnieka metabolismam un reakcijai uz vidi, ražošanu.

Tāpēc sabalansēta zarnu mikrobioma ir svarīga zīdītāju veselībai, palīdzot regulēt imūnsistēmu un endokrīno sistēmu. Tas savukārt ietekmē audu fizioloģiju visā ķermenī. Tomēr līdz šim bija maz zināms par zarnu mikrobiomas ietekmi uz saimnieka reproduktīvo funkciju un to, vai izmainīta tēva mikrobioma varētu ietekmēt viņa pēcnācēju veselību.

Haketa grupa EMBL Romā kopā ar Borka un Cimmermana grupām EMBL Heidelbergā nolēma atbildēt uz šo jautājumu. Viņu rezultāti, kas publicēti žurnālā Nature, parādīja, ka zarnu mikrobioma izjaukšana peļu tēviņiem palielina iespējamību, ka viņu pēcnācēji piedzims ar mazu dzimšanas svaru un tiem būs paaugstināts priekšlaicīgas nāves risks.

Informācijas nodošana nākamajai paaudzei

Lai pētītu zarnu mikrobioma ietekmi uz tēviņu reprodukciju un viņu pēcnācējiem, pētnieki mainīja mikrobu sastāvu peļu tēviņu zarnās, ārstējot tās ar parastām antibiotikām, kas nenonāk asinsritē. Tas izraisa stāvokli, ko sauc par disbiozi, kuras gadījumā zarnu mikrobu ekosistēma kļūst nelīdzsvarota.

Pēc tam zinātnieki analizēja izmaiņas svarīgu sēklinieku metabolītu sastāvā. Viņi atklāja, ka disbioze tēviņu pelēm ietekmē sēklinieku fizioloģiju, kā arī metabolītu sastāvu un hormonālo signalizāciju. Vismaz daļa no šīs ietekmes bija saistīta ar izmaiņām galvenā hormona leptīna līmenī asinīs un sēkliniekos tēviņiem ar inducētu disbiozi.

Šie novērojumi liecina, ka zīdītājiem ir "zarnu-dīgļlīnijas ass", kas ir svarīga saikne starp zarnām, to mikrobiotu un dīgļlīniju.

Lai izprastu šīs "zarnu-dīgļšūnas ass" nozīmi iedzimtībā, zinātnieki krustoja vai nu neapstrādātus, vai disbiotiskus tēviņus ar neapstrādātām mātītēm. Disbiotisku tēvu kucēniem bija ievērojami mazāks dzimšanas svars un lielāka mirstība pēc dzimšanas. Dažādām antibiotiku kombinācijām, kā arī ārstēšanai ar disbiozi izraisošiem caurejas līdzekļiem (kas arī izjauc mikrobiotu) bija līdzīga ietekme uz pēcnācējiem.

Svarīgi ir tas, ka šī iedarbība ir atgriezeniska. Tiklīdz antibiotiku lietošana tiek pārtraukta, tēvu mikrobiomi tiek atjaunoti. Kad peles ar atjaunotiem mikrobiomiem tiek pārotas ar neārstētām mātītēm, to pēcnācēji piedzimst normālā svarā un attīstās normāli.

"Mēs novērojām, ka paaudžu maiņas efekti izzuda pēc tam, kad tika atjaunots normāls mikrobioms. Tas nozīmē, ka jebkuras izmaiņas zarnu mikrobiomā, kas varētu izraisīt paaudžu maiņas efektus, var novērst nākotnes tēviem," sacīja pētījumā iesaistītais EMBL Heidelberg direktors Pērs Borks.

"Nākamais solis ir detalizēti izprast, kā dažādi vides faktori, piemēram, zāles, tostarp antibiotikas, var ietekmēt tēva dīgļšūnas un līdz ar to arī embrionālo attīstību."

Aile Denboba, raksta pirmā autore un bijusī pēcdotorantūras stipendiāte Haketa grupā, tagad grupas vadītāja Maksa Planka imunoloģijas un epigenetikas institūtā Freiburgā, Vācijā, piebilda: "Pētījums radās no vēlmes izprast vides ietekmi uz tēviem, uzskatot zarnu mikrobiomu par tiltu starp saimnieka un vides mijiedarbību, radot pietiekamu cēloņu modeli paaudžu veselības risku novērtēšanai sarežģītās ekoloģiskajās sistēmās."

Tēva ietekme uz slimību risku grūtniecības laikā

Savā darbā Hakets un viņa kolēģi arī atklāja, ka placentas defekti, tostarp slikta vaskularizācija un lēna augšana, bija biežāk sastopami grūtniecībās, kurās iesaistīti disbiotiski vīrieši. Bojātajām placentām bija pazīmes, kas liecina par bieži sastopamu grūtniecības komplikāciju cilvēkiem, ko sauc par preeklampsiju, kas noved pie sliktas pēcnācēju augšanas un ir riska faktors plašam slimību klāstam vēlāk dzīvē.

"Mūsu pētījums pierāda komunikācijas kanāla esamību starp zarnu mikrobiomu un reproduktīvo sistēmu zīdītājiem. Turklāt vides faktori, kas traucē šos signālus topošajiem tēviem, palielina nelabvēlīgas pēcnācēju veselības risku, mainot placentas attīstību," sacīja Džeimijs Hakets, pētniecības projekta koordinators un EMBL Rome grupas vadītājs.

"Tas nozīmē, ka pelēm tēva vide tieši pirms ieņemšanas var ietekmēt pēcnācēju īpašības neatkarīgi no ģenētiskās mantojuma."

"Vienlaikus mēs atklājām, ka šī ietekme rodas tikai vienas paaudzes laikā, un man jāuzsver, ka ir nepieciešami vairāk pētījumu, lai noskaidrotu, cik plaši izplatītas ir šīs sekas un vai tās ir būtiskas cilvēkiem. Pastāv raksturīgas atšķirības, kas jāņem vērā, tulkojot peļu atklājumus cilvēkiem."

Hakets turpināja: "Taču, ņemot vērā Rietumu kultūrā plaši izplatīto uztura un antibiotiku lietošanas praksi, kas, kā zināms, traucē zarnu mikrobiomu, ir svarīgi rūpīgāk aplūkot tēvu ietekmi uz paaudzēm un to, kā tie var ietekmēt grūtniecības iznākumu un slimību risku populācijā."