Биоинформатики выяснили, какие белки в крови человека связаны с генетикой, а какие — с бактериями в кишечнике

Международная группа исследователей, куда вошла биоинформатик СПбГУ Дарья Жернакова, выяснила, как геном и микробиом человека влияют на уровень 91 белка в сыворотке крови.

Исследование в будущем поможет найти связи между изменениями в составе кишечных бактерий и различными заболеваниями, с которыми сталкивается человек. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Genetics.

Последние исследования в области изучения кишечного микробиома (сообщества бактерий, которые живут в симбиозе с человеком) говорят о том, что многие заболевания сопровождаются заметными изменениями состава бактерий. Это болезни желудочно-кишечного тракта, ожирение, сердечно-сосудистые заболевания и, что удивительно, например, ревматоидный артрит, рассеянный склероз и даже аутизм. В некоторых случаях врачам удается лечить эти недуги, добавляя определенные виды бактерий в кишечник человека. Однако для ученых все еще остается загадкой механизм многих заболеваний. Какие проблемы обусловлены только генетикой? В каких виноваты именно кишечные бактерии? А когда нужно брать во внимание и геном, и микробиом?

Чтобы приблизиться к разгадке, биоинформатики из Университета Гронингена (Нидерланды), Боннского университета (Германия), Университета Осло (Норвегия) при участии научного сотрудника Центра геномной биоинформатики имени Ф. Г. Добржанского СПбГУ Дарьи Жернаковой проанализировали данные почти полутора тысяч человек из проекта LifeLines DEEP. В нем содержится информация о здоровых голландцах, включая данные об уровне белков в сыворотке крови, микробиоме, метаболитах, экспрессии генов, а также информация об образе жизни, диете, приеме лекарств и многом другом.

Исследователям удалось обнаружить, что уровни 41 белка из списка связаны именно с микробными факторами, на 73 вида белков оказывает воздействие генетика человека, также есть 31 белок, уровень которых зависит как от генома, так и от микробиома. Причем, как отметила Дарья Жернакова, белки, связанные с бактериями, — это в основном вещества, вовлеченные в обмен веществ (что логично, ведь микробиом играет важную роль в этом процессе). А белки, связанные с генетикой, — это вещества, которые важны в иммунной системе и в различных воспалительных процессах.

Для одного из белков мы смогли определить причинно-следственную связь. Это эпителиальный белок Ep-CAM — он является биомаркером и играет важную роль в диагностике раковых заболеваний, но не только их. По нашим данным, межиндивидуальные различия в уровне этого белка объясняются генетикой на 7 %, а микробиомом — на 26 %. Выяснилось, что, вероятнее всего, ген FUT2 влияет сначала на белок Ep-CAM, а он в свою очередь влияет на кишечные бактерии из рода Blautia.

Научный сотрудник Центра геномной биоинформатики имени Ф. Г. Добржанского СПбГУ Дарья Жернакова

Как отмечает исследователь, эта информация пригодится медикам, потому что изменения в гене FUT2 ассоциированы с группой воспалительных заболеваний кишечника, куда входят, к примеру, болезнь Крона и язвенный колит. Знания о возможном участии белка Ep-CAM и бактерий из рода Blautia в механизме влияния гена FUT2 на заболевания кишечника позволяют лучше понять механизм, который приводит к этим желудочно-кишечным проблемам, и найти возможные способы их решения. Этот вопрос станет поводом для новых исследований, ведь пока для ученых открылся только небольшой кусочек этого сложного механизма, объединяющего генетику, микробиом и белки.