18.02.2015

Новые носители наследственной информации

Пытаясь понять, почему в некоторых экспериментах результаты расходятся с предположениями ученых, исследователи из Университета Вашингтона в Сент-Луисе обнаружили новый тип наследования. Статья об этом была позавчера в журнале Nature.

Приобретение новых знаний в науке о жизни не может обойтись без экспериментов на животных. Это касается как фундаментальных, так и прикладных исследований. Эксперименты на культивируемых клетках хороши только как предварительный этап исследований.

Если, к примеру, речь идет об исследованиях потенциального нового лекарства, работая только с клетками, невозможно предсказать влияние лекарства на разные системы организма, невозможно и определить весь набор побочных явлений. Желаемый эффект, демонстрируемый лекарством в клеточной культуре, может оказаться значительно уменьшен какими-то посторонними процессами, происходящими в организме. То же самое касается фундаментальных исследований. Многие наблюдаемые явления – это сумма событий, происходящих в разных системах организма.

Каждому очевидно, что все люди разные. Менее очевидно, но с этим ученым приходится считаться, что все мыши тоже разные. По крайней мере, мыши из дикой природы. Поэтому, чтобы различить универсальный эффект и индивидуальные особенности животного, в эксперименте принимает участие большое количество животных.

Кроме того, для нужд ученых разводят специальных животных с низкой вариабельностью фенотипа. Их получают путем близкородственного скрещивания. Как правило, такие животные болезненны, у них ослаблен иммунитет, и в дикой природе они бы не выжили, но при надлежащем уходе в лабораториях это не принципиально. Зато когда одна группа ученых захочет повторить результаты другой группы (а это довольно важная часть научного процесса; результаты должны воспроизводиться, иначе их значение невелико), они могут купить точно таких же животных в том же самом питомнике и уменьшить число неизвестных факторов эксперимента.

Идея, что животные будут похожи между собой, полностью основана на концепции, что генотип определяет фенотип. В питомниках разводят животных с похожими генотипами, время от времени проводят генетическое тестирование и проверяют, не стали ли они отличаться друг от друга слишком сильно, так что ученые вправе надеяться, что им достанутся животные с очень похожими фенотипами.

И вот оказалось, что животные с похожими генотипами могут иметь разные фенотипы. Мыши, которые должны были быть одинаковыми, делились на две группы: с высоким уровнем иммуноглобулина A (IgA) в кишечнике и с низким. Эти антитела присутствуют на слизистых оболочках, в желудке и кишечнике – везде, где стерильный внутренний мир организма соприкасается с полной вирусов, бактерий и эукариотических паразитов окружающей средой. Фактически, все выглядело так, будто у части животных содержится мутация в генах, кодирующих IgA, вот только никакой мутации там не было.

Вдобавок оказалось, что высокий уровень IgA важен для здоровья желудочно-кишечного тракта. Индукция колита лабораторными методами проходила гораздо успешнее у мышей с низким уровнем IgA.

Главный вопрос заключается в том, что лежало в основе различий между мышами при идентичном генотипе. Оказалось, что всему виной бактерии, населяющие кишечник. Большинство кишечной микрофлоры безвредно или даже помогает хозяину переваривать пищу в обмен на свою долю питательных веществ. Когда эмбрион развивается в утробе матери, он защищен от контакта с бактериями, но встречается с ними уже в родовых путях. У животных матери активно ухаживают в первые дни за новорожденным потомством, и в это время также происходит интенсивный обмен микрофлорой. Ничего удивительного, что у мышей, которые живут в чистых лабораториях и едят стерильный фабричный корм, набор кишечных комменсалов наследуется от матери с той же точностью, что и ядерная ДНК. Возможен также впоследствии обмен микрофлорой с животными, живущими в том же помещении, если они прибыли из разных питомников.

В этом исследовании авторам удалось доказать связь между составом микрофлоры и уровнем IgA и продемонстрировать пути передачи микрофлоры. Их результаты вполне объясняют, откуда берется разница между животными, от которых ученые ожидают идентичности.

С фундаментальной точки зрения в этом исследовании представляет интерес механизм наследования, о котором до появления этой статьи почти не упоминалось. Обычно считается, что фенотип организма определяется генотипом. В последние лет десять активно развивается эпигенетическая теория, согласно которой наследуются не только гены, но и уровень их активности. Теперь к ним добавился еще один механизм – наследование микрофлоры. Для этого нужно было, чтобы выполнялись два условия: микрофлора наследовалась бы и определенный состав микрофлоры был бы связан с определенным фенотипом. В данном исследовании оба условия выполнены.

Александра Брутер

Источники:

1. polit.ru