Может ли пища, которую мы едим, влиять на наши гены?

Согласно результатам нового исследования, опубликованным в журнале Nature Microbiology, пища, которую ест человек, влияет почти на все его гены. Исследование, проведенное на дрожжах, которые используются для моделирования некоторых жизненно важных процессов в человеческом организме, показало, что не только активность генов влияет на метаболизм веществ, но и существует обратная зависимость: питательные вещества, поступающие в клетки, влияют на гены человека.

Полная информация о человеческом геноме может дать важную информацию о многих признаках организма. Однако, это не позволяет получить полную картину: гены могут регулироваться другими генами, а также эпигенетическими модификаторами, включающими и выключающими гены.

Результаты предыдущих исследований показали, что в регуляции генов может участвовать еще один важный фактор – метаболическая сеть (биохимические реакции, которые происходят в организме). Метаболизм в организмах протекает в двух направлениях: разрушение молекул для обеспечения организма энергией и синтез множества соединений, необходимых для работы клеток. Эти реакции в основном зависят от питательных веществ, которые находятся в клетке, то есть сахаров, аминокислот, жирных кислот и витаминов, поступающих из пищи, которую потребляет человек.

Международная команда исследователей во главе с доктором Маркусом Релсером (Markus Ralser) из Кембриджского Университета (University of Cambridge, Великобритания) и Института Фрэнсиса Крика в Лондоне (Francis Crick Institute, Великобритания) изучила роль метаболизма в обеспечении самых главных функций клетки, используя в качестве модельного организма дрожжевые клетки. Дрожжи является идеальным модельным организмом для крупномасштабных экспериментов: на клетки легко воздействовать, кроме того, у дрожжей многие ключевые геновы и фундаментальные клеточные механизмы такие же или очень похожи на таковые у животных и человека.

Исследователи меняли концентрации важных метаболитов, продуктов метаболических реакций, в дрожжевых клетках и изучали, как это повлияло на поведение генов и синтезируемых с них белков. Результаты исследования показали, что практически девять из десяти генов и их белковых продуктов зависели от изменений в клеточном метаболизме.

«Клеточный метаболизм играет гораздо более значимую роль в клетках, чем мы ранее предполагали. Почти на все гены в клетке влияют изменения в составе питательных веществ, к которым они имеют доступ. Во многих случаях последствия изменений были настолько сильными, что изменение метаболического профиля клетки могло полностью изменить поведение некоторых генов», – говорит доктор Релсер.

По мнению исследователей, полученные результаты можно использовать в совершенно разных областях, включая исследование реакций организма человека на введение некоторых лекарственных препаратов. Например, при раке у опухолевых клеток возникает множество генетических мутаций, которые изменяют метаболическую сеть внутри клеток. Это может влиять на поведение генов и может объяснять причину, почему применение некоторых лекарственных препаратов оказывается неэффективным у отдельных пациентов.

«Другой вывод, сделанный нами, имеет значение для практической работы ученых, – говорит доктор Релсер. – Часто разные лаборатории не могут воспроизвести биологические эксперименты, и часто мы обвиняем в этом недобросовестных исследователей. Однако, похоже, что малые метаболические различия могут изменить результаты экспериментов. Нам нужно разработать новые лабораторные процедуры, которые будут лучше контролировать разницу в обмене веществ у исследуемых организмов. Это поможет нам разработать более достоверные эксперименты».

Ученые продемонстрировали, что продукты метаболических реакций влияют на поведение генов в организме. (фото: © marilyn barbone / Fotolia)

По материалам University of Cambridge

Оригинальная статья:
Mohammad Tauqeer Alam, Aleksej Zelezniak, Michael Mülleder, Pavel Shliaha, Roland Schwarz, Floriana Capuano, Jakob Vowinckel, Elahe Radmaneshfar, Antje Krüger, Enrica Calvani, Steve Michel, Stefan Börno, Stefan Christen, Kiran Raosaheb Patil, Bernd Timmermann, Kathryn S. Lilley, Markus Ralser. The metabolic background is a global player in Saccharomyces gene expression epistasis. Nature Microbiology, 2016; 15030 DOI: 10.1038/nmicrobiol.2015.30