Генетический подарок для любителей суши

В организме некоторых японцев морские водоросли, используемые для приготовления суши, могут перевариваться благодаря генам морских микроорганизмов, встроившимся в геном обычных кишечных бактерий. (фото: N. Young)

Гены морских микроорганизмов дают людям возможность усваивать трудноперерабатываемые питательные вещества из морских водорослей.

Французские ученые недавно доказали, что морские микроорганизмы, обитающие на водорослях, могут передавать свои гены бактериям, обитающим в кишечнике человека. Эти гены кодируют особые ферменты, способствующие разрушению углеводов водорослей, например, таких, как красная водоросль рода Porphyra, известная любителям суши как нори.

«Это первый наглядный пример того, что кишечные бактерии приобрели новую биологическую нишу, захватывая гены поглощенных с водорослями микроорганизмов», - говорит Мириам Жижек (Mirjam Czjzek), химик из Университета Пьера и Марии Кюри (Pierre and Marie Curie University) в Париже, одна из руководителей исследования. «Возможно, таких примеров много, - говорит она, - и, хотя во многих случаях перенос генов бактериям кишечной микрофлоры остается сомнительным, в данном случае благодаря высокой специфичности фермента мы смогли доказать, что он действительно является продуктом гена морской бактерии».

Вы – это то, что вы едите

Большинство бактерий, обитающих в кишечнике человека, полезно для хозяина. Многие из них способны разрушать углеводы поглощенных водорослей, с которыми ферменты человека справиться не могут. Каждый житель Японии ежедневно употребляет в пищу около 14 г. морских водорослей, и основная их масса поедается с суши, различными салатами и супами с содержанием водорослей.

В процессе поиска белков, расщепляющих водорослевую биомассу, французские ученые выявили новый класс водоросле-разрушающих ферментов, которые были названы бета-порфираназами.



Порфира (Porphyra), также известная как нори (фото: M.D. Guiry)

В геноме морской бактерии Zobellia galactanivorans ученые нашли ферменты, схожие с теми, что расщепляют такие компоненты водорослей, как агароза и каррагенин. Однако у ферментов отсутствовал домен, распознающий эти полисахариды, но зато был домен для расщепления полисахарида порфиры, называемого порфираном. Ученые исследовали базы данных для нахождения гомологичных ферментов и выяснили, что все подобные ферменты производятся только морскими микроорганизмами – кроме одного, найденного в геноме бактерии Bacteroides plebeius, обитающей в кишечнике человека. Эта бактерия также способна расщеплять в том числе агарозу. Примечательно, что Bacteroides plebeius, содержащая гены этих ферментов, была обнаружена только у коренных японцев. На основании сходства последовательностей ДНК ученые сделали вывод, что гены морских микроорганизмов, кодирующие эти ферменты, были перенесены в геном бактерий, обитающих в кишечнике человека.

Генетические богатства

«Результаты этого исследования говорят о том, что морские микроорганизмы предоставили кишечным бактериям, пожалуй, один из ценнейших генетических источников за всю историю человечества», - говорит Джастин Зонненбург (Justin Sonnenburg), микробиолог из Стэндфордского Университета (Stanford University) в Калифорнии (США).



Zobellia galactanivorans – возможно, одна из многих бактерий, передавших человеку свои полезные гены (фото: D. Scornet)

Так как все современные продукты питания подвергаются стерилизации, в настоящее время существует очень малая вероятность встречи с этим «генетическим источником». В развитых странах был проделан долгий путь для снижения микробной нагрузки продуктов питания. Это делалось с целью уменьшения риска заболеваний. «Но это дорого нам обошлось. Мы истребили этот ценный бактериальный компонент», - говорит Зонненбург.

«У жителей западных стран вряд ли есть бактерии, переваривающие нори. Самая главная разница заключается в том, что японцы ежедневно потребляют в пищу большое количество водорослей, а это гораздо больше, чем просто есть суши раз в неделю. И я не думаю, что жителям западных стран имеет особый смысл иметь эти гены в своем кишечнике», - утверждает Зонненбург.

Литература:
1. Hehemann, J.-H. et al. Nature 464, 908-912 (2010).

По материалам:
NatureNews