Új fejezet a bélbaktériumok evolúciójában
A bélmikrobiom összetételének jelentősége miatt régóta kutatják, hogyan lehetne azt jótékony közösséggé alakítani a betegségek megelőzése érdekében. A Kaliforniai Egyetem kutatóinak új eredményei szerint egy érdekes mechanizmus, a sokféleség-generáló retroelem (DGR) lehet a kulcs. Ezek az elemek teljes géngyűjteményeket hordoznak, és bizonyos helyeken véletlenszerű mutációkat okoznak rendkívüli gyorsasággal. Így a baktériumok villámgyorsan képesek alkalmazkodni és változni, szinte felgyorsított evolúcióval.
Nem elhanyagolható tény, hogy a DGR-ek a bélben sokkal gyakrabban fordulnak elő, mint bármely más ismert földi élőhelyen. Ennek ellenére eddig alig vizsgálták szerepüket a bélben. Most kiderült, hogy a DGR-ek csaknem negyede olyan géneket céloz, amelyek elengedhetetlenek ahhoz, hogy a baktériumok új helyeken meg tudjanak tapadni és kolóniákat hozhassanak létre. Ráadásul ezek az elemek mozgékonyak: egy baktériumtörzsről könnyen átjuthatnak más, közvetlen közelükben élő baktériumokra, sőt, az anya is átadhatja őket gyermekének, így segítve az újszülött mikrobiomjának kialakulását.
A DGR-ek molekuláris trükkjei
A DGR-ek megváltoztatják a DNS-t: bizonyos helyeken az „A” betűből „C”, „G” vagy „T” lesz. A legtöbb DGR olyan géneket módosít, amelyek a kapcsolódásért felelős fehérjéket – úgymond puzzle-darabokat – kódolják. Ilyen fehérjék például a piluszok, vagyis a baktériumokat körülvevő szálak, amelyek a tapadást segítik. Ezek nélkül a baktériumok nem tudnának sem egymáshoz, sem a gazdaszervezet felszínéhez kapcsolódni.
Ez alapján kijelenthető, hogy a DGR-ek újra és újra képesek mutációkat generálni egyetlen sejtben, sokkal gyorsabban és hatékonyabban, mint ahogyan az emberi immunrendszer új ellenanyagokat termel. A különbség óriási: ha az összes immunrendszer által gyártott ellenanyag egy-egy homokszem lenne, ezek összesen az Empire State Building 0,25%-át töltenék ki. A DGR-ek által létrehozott fehérjeváltozatok ugyanilyen mennyiségű homokszemmel 270 millió ilyen épületet töltenének meg. Az alkalmazkodóképesség tehát szinte felfoghatatlanul nagy.
A mikrobiom öröklődése és lehetséges befolyásolása
A kutatók a gyakori bélbaktérium, a Bacteroides egyedeit vizsgálták, melyekben a DGR-ek igen nagy számban voltak jelen – átlagosan törzsenként egy, de némelyekben akár öt is előfordult. Összesen több mint 1 100 különböző DGR-t azonosítottak. Elsősorban azokat vizsgálták, amelyek a tapadást segítő piluszokat kódoló géneket változtatják meg, tehát közvetlenül befolyásolják, mennyire képes egy baktérium megtelepedni új területen.
Ez a mechanizmus nemcsak az egyedi alkalmazkodóképességet növeli, hanem azért is különleges, mert a DGR-ek úgynevezett horizontális géntranszferrel törzsek között is terjedni tudnak. Így az egész bélközösséget kollektív szuperképességgel ruházzák fel, gyors alkalmazkodást biztosítva a különféle környezeti kihívásokhoz.
Az is érdekes, hogy a vizsgálatok rámutattak: az anyák DGR-elemei öröklődnek gyermekeikre már az első életév során is. Ráadásul ezek az elemek már csecsemőknél is módosították a Bacteroides DNS-ét, így részt vettek az új mikrobiom megalapozásában.
Jövőbe mutató lehetőségek
A bélmikrobiom változásait összefüggésbe hozták többek között a gyulladásos bélbetegségekkel, a metabolikus szindrómával, a vastagbélrákkal, sőt, mentális problémákkal is – például szorongással, depresszióval vagy autizmussal. Gyermekeknél a kórokozó baktériumok túlsúlya hosszú távon előidézheti a krónikus autoimmun betegségek kialakulását. Ezen betegségek bizonyos kockázatai már a mikrobiom kialakulásakor eldőlhetnek, ezért az sem irreális elképzelés, hogy célzottan „tervezett” mikrobiommal már kisgyermekkorban csökkenteni lehet a kockázatokat.
Ennek ellenére még sok a nyitott kérdés a DGR-ek működésével és befolyásolhatóságával kapcsolatban. A kutatók mostani eredményei jó kiindulópontot nyújtanak a jövőben az emberi egészség javítását célzó fejlesztésekhez, vagy akár új genetikai mérnöki módszerekhez is. Az biztos, hogy a bélben egy lenyűgözően gyors evolúciós játszma zajlik, és most kezdjük csak megérteni, mennyit is tudhatunk még meg ebből a világból.
