Океан является одним из крупнейших резервуаров углерода на планете, большая часть которого находится в морских водорослях. Морские бактерии играют важнейшую роль в круговороте углерода, разрушая морские водоросли. Чуть более десяти лет назад исследователи обнаружили в образце микробиома взрослого японца гены, позволяющие океаническим бактериям расщеплять сложный углевод, известный как порфиран, содержащийся в водорослях холодной воды.
Новое исследование ученых из Медицинской школы U-M, показало, что эти океанические гены более распространены, чем считалось ранее, и попадают в микробиом кишечника человека через процесс, известный как латеральный перенос генов. Статья опубликована на портале Phys.org.
В процессе пищеварения кишечные бактерии человека расщепляют пищевые волокна, или полисахариды, содержащиеся во фруктах, овощах и зерновых. Однако полисахариды, содержащиеся в морских водорослях, имеют иную химическую структуру, чем наземные продукты. Каким-то образом гены обитающих в океане бактерий рода Bacteroidetes – ключевого игрока в микробиоме – попали в кишечник человека.
“Попали ли они непосредственно из океанической бактерии, которую кто-то случайно съел, или через более сложный путь в человеческий кишечник, пока остается загадкой”, — делится Мартенс, профессор кафедры микробиологии и иммунологии.
Чтобы изучить, насколько обширны кластеры генов морских водорослей в кишечных бактероидах, команда обратилась к необычному источнику: образцам кала студентов Университета штата Нью-Йорк.
Затем они проанализировали способность бактерий разлагать несколько полисахаридов, полученных из морских водорослей, включая порфиран, ламинарин, альгинат и каррагинан.
Выяснилось, что гены для переработки ламинарина были широко представлены в образцах, что, возможно, связано с соответствующей способностью перерабатывать бета-глюканы – сахара, которые также содержатся в овсе и цельном зерне. Однако другие полисахариды морских водорослей использовались меньшим количеством видов бактерий и присутствовали в меньшем количестве образцов.
“Гены для переработки агарозы и порфиры, двух наиболее часто употребляемых морских водорослей в Юго-Восточной Азии, как правило, были обогащены у людей, которые там жили”, — рассказывает Мартенс.
После тщательного изучения географического распределения кластеров генов группа обратилась к геномным исследованиям образцов, взятых у более чем 2 000 человек в Азии, Африке, Северной и Южной Америке и Европе.
Гены деградации порфирина действительно были обогащены в образцах из Китая и Японии. Гены для переработки каррагинана, употребляемого с 400 года до н.э. в Китае и в настоящее время широко используемого в качестве пищевой добавки во всем – от овсяного молока до детской смеси в США, также были обогащены в образцах из Китая, Японии и Северной Америки.
Добавляя дополнительную интригу в эволюцию пищеварения морских водорослей, команда случайно обнаружила, что бактерии Firmicutes, которые еще более распространены в кишечнике человека, чем Bacteroidetes, также приобрели генетическую способность расти на полисахаридах морских водорослей.
“Известно, что Firmicutes живут в кишечнике рыб, и ближайшими предками генов, которые, очевидно, перекочевали в кишечник человека, были гены, найденные у рыб”, — отметил ученый.
Исследование, отмечает команда, открывает новые вопросы о сложном взаимодействии между диетой и адаптацией микробиома кишечника человека в популяциях по всему миру.
