Микробиота кишечника отца влияет на следующее поколение

Исследование, проведенное группой Хакетта из Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL) в Риме, показало, что нарушение микробиома кишечника у самцов мышей увеличивает риск заболеваний у их будущего потомства.

Микробиом кишечника — это микробное сообщество, которое населяет желудочно-кишечный тракт. Он отвечает за производство ферментов, метаболитов и других молекул, важных для обмена веществ у хозяина и его реакции на окружающую среду.

Следовательно, сбалансированный микробиом кишечника важен для здоровья млекопитающих, помогая регулировать иммунную и эндокринную системы. Это, в свою очередь, влияет на физиологию тканей по всему телу. Однако мало что было известно о влиянии микробиома кишечника на репродуктивные функции хозяина и о том, может ли измененный микробиом отца повлиять на здоровье его потомства.

Группа Хакетта из EMBL в Риме, совместно с группами Борка и Циммермана из EMBL в Гейдельберге, решила ответить на этот вопрос. Результаты их исследования, опубликованные в журнале Nature, показали, что нарушение микробиома кишечника у самцов мышей увеличивает вероятность того, что их потомство родится с низким весом и будет подвержено повышенному риску преждевременной смерти.

Передача информации следующему поколению

Чтобы изучить влияние микробиома кишечника на мужскую репродукцию и их потомство, исследователи изменили состав микробов в кишечнике самцов мышей, обрабатывая их обычными антибиотиками, которые не попадают в кровоток. Это вызывает состояние, называемое дисбиозом, при котором микробная экосистема в кишечнике становится несбалансированной.

Затем ученые проанализировали изменения в составе важных метаболитов яичек. Они обнаружили, что дисбиоз у самцов мышей влияет на физиологию яичек, а также на состав метаболитов и гормональную сигнализацию. По крайней мере, часть этого эффекта была обусловлена изменениями уровня ключевого гормона лептина в крови и яичках самцов с индуцированным дисбиозом.

Эти наблюдения предполагают, что у млекопитающих существует "ось кишечник-зародышевая линия", являющаяся важной связью между кишечником, его микробиотой и гермлайном.

Чтобы понять значимость этой "оси кишечник-зародышевая линия" для наследуемых признаков, ученые скрестили либо необработанных, либо дисбиотических самцов с необработанными самками. Мышата от дисбиотических отцов показали значительно меньший вес при рождении и повышенную смертность после рождения. Различные комбинации антибиотиков, а также лечение слабительными средствами, вызывающими дисбиоз (которые также нарушают микробиоту), оказали аналогичное воздействие на потомство.

Важно отметить, что этот эффект обратим. После отмены антибиотиков микробиом отцов восстанавливается. Когда мыши с восстановленным микробиомом спаривались с необработанными самками, их потомство рождалось с нормальным весом и развивалось нормально.

"Мы наблюдали, что межпоколенческие эффекты исчезают после восстановления нормального микробиома. Это означает, что любое изменение микробиома кишечника, способное вызвать межпоколенческие эффекты, можно предотвратить у будущих отцов," — сказал Пир Борк, директор EMBL Гейдельберг, участвовавший в исследовании.

"Следующий шаг — подробно понять, как различные факторы окружающей среды, такие как лекарственные препараты, включая антибиотики, могут влиять на зародышевые линии отца и, следовательно, на эмбриональное развитие."

Аейле Денбоба, первый автор публикации и бывший постдокторант группы Хакетта, теперь руководитель группы в Институте иммунологии и эпигенетики Макса Планка во Фрайбурге, Германия, добавил: "Исследование возникло из желания понять влияние окружающей среды на отцов, рассматривая микробиом кишечника как связующее звено взаимодействий хозяин-окружающая среда, создавая модель достаточной причины для оценки межпоколенческих рисков для здоровья в сложных экологических системах."

Влияние отцов на риск заболеваний при беременности

В своей работе Хакетт и его коллеги также обнаружили, что дефекты плаценты, включая плохую васкуляризацию и замедленный рост, чаще встречаются в беременностях с участием дисбиотических самцов. Дефектные плаценты проявляли признаки общего осложнения беременности у людей, называемого преэклампсией, что приводит к ухудшению роста потомства и является фактором риска развития широкого спектра заболеваний в более позднем возрасте.

"Наше исследование демонстрирует существование канала связи между микробиомом кишечника и репродуктивной системой у млекопитающих. Более того, факторы окружающей среды, нарушающие эти сигналы у будущих отцов, увеличивают риск неблагоприятного здоровья потомства, изменяя развитие плаценты," — сказал Джейми Хакетт, координатор исследовательского проекта и руководитель группы EMBL Рим.

"Это подразумевает, что у мышей окружающая среда отца непосредственно перед зачатием может влиять на признаки потомства независимо от генетического наследования."

"В то же время мы выяснили, что этот эффект наблюдается только в одном поколении, и я должен подчеркнуть, что необходимо провести дополнительные исследования, чтобы изучить, насколько широко распространены эти эффекты и имеют ли они значимость для людей. Существуют врожденные различия, которые необходимо учитывать при переносе результатов исследований на мышах на людей."

Хакетт продолжил: "Но учитывая широкое распространение диетических и антибиотических практик в западной культуре, которые, как известно, нарушают микробиом кишечника, важно более внимательно рассматривать межпоколенческие эффекты отцов и то, как они могут влиять на результаты беременности и риск заболеваний в популяции."