V jádře každé lidské buňky se nachází deoxyribonukleová kyselina neboli DNA. Je tvořená nukleotidy, které se skládají do dlouhého vlákna. Sekvence nukleotidů tvoří geny, podle kterých v buňce vznikají proteiny a další molekuly. Stejně jako lidské buňky, také buňky bakterií, hub a dalších mikroorganismů obsahují DNA, podle které vznikají příslušné proteiny. Tento proces – od DNA k proteinu – se nazývá genová exprese.
Lidské tělo je hostitelem obrovského množství mikroorganismů, které obývají kůži, střeva, dutinu ústní a další sliznice, a které jsou souhrnně označovány jako mikrobiom. Mikrobiom je velice důležitý pro lidské zdraví – účastní se imunitní odpovědi a produkuje důležité látky, které si člověk sám vytvořit nedokáže (např. vitamín B12, biotin a kyselinu listovou). Nevhodné složení mikrobiomu může způsobovat idiopatické střevní záněty (IBD), Crohnovu chorobu, přispívat k rakovině střev, a dokonce i ke kardiovaskulárním onemocněním.
Mikrobiom produkuje některé proteiny, kterými záměrně ovlivňuje genovou expresi hostitele ke svému prospěchu. Ovlivňuje vznik proteinů, které jsou například zapojeny do detoxifikace organismu a metabolizace léčiv.
Patogenní bakterie Salmonella typhimurium produkuje specifické virulentní faktory (efektory), které se vážou na už vzniklé hostitelské proteiny a tím inhibují jejich funkci. Blokuje tak hostitelské imunitní buňky, čímž přispívá k rozvoji infekce.
Jiné proteiny produkované mikrobiomem slouží jako tzv. transkripční faktory. Transkripční faktory pronikají do jádra hostitelských buněk, kde aktivují nebo naopak inhibují genovou expresi určitého proteinu. Takto je například inhibována exprese proteinu HNF4α, který reguluje protizánětlivou odpověď organismu.
Mikrobiom syntetizuje i proteiny, kterými modifikuje hostitelskou DNA (například připojením methylových skupin). DNA je tak zablokována, neboť nemůže dojít k nasednutí molekul aktivujících expresi DNA. Také může dojít k připojení acetylových skupin na histony, tj. proteiny, kolem kterých se obtáčí vlákno DNA v jádře buňky. Tyto změny DNA naopak expresi aktivují.
Bylo dokázáno, že mikrobiom hraje zásadní roli při tzv. alternativním sestřihu genů. Tímto mechanismem může z jednoho genu (z jedné sekvence DNA) vzniknout několik různých proteinů. Při porovnání zdravých pacientů s pacienty trpícími IBD byl zjištěn odlišný sestřih 320 genů.
Mikrobiom dokáže také aktivovat hostitelské molekuly micro RNA, které zasahují do mechanismu tvorby proteinu a zablokují ho. Toto bylo pozorováno u patogenních bakterií jako je Listeria monocytogenes, Samonella typhimurium nebo Helicobacter pylori. Tyto patogenní bakterie stimulují hostitelské micro RNA, které tlumí hostitelský imunitní systém a procesy, které by vedly k jejich eliminaci. Tím podporují infekci.
Člověk uplatňuje stejné mechanismy k regulaci mikrobiomu. V dnešní době je možné ze vzorku stolice zjistit, jaké mikroorganismy naše střeva obývají. Tato analýza může odhalit, že příčina potíží jako jsou průjmy, střevní záněty, obezita, diabetes mellitus, syndrom dráždivého tračníku, metabolický syndrom, ateroskleróza, cirhóza a další může být asociována se stavem našeho mikrobiomu.
Ing. Barbora Kolrosová
Nichols RG, Davenport ER (2021): The relationship between the gut microbiome and host gene expression: a review. Human Genetics, 140: 747-760.
Selwyn FP, Cheng SL, Klaassen CD, Cui JY (2016): Regulation of hepatic drug-metabolizing enzymes in germ-free mice by conventionalization and probiotics. Drug Metab Dispos, 44: 262–274.
Fu ZD, Selwyn FP, Cui JY, Klaassen CD (2017): RNA-seq profiling of intestinal expression of xenobiotic processing genes in germ-free mice. Drug Metab Dispos, 45: 1225–1238.
Davison JM, Lickwar CR, Song L, Breton G, Crawford GE, Rawls JF (2017): Microbiota regulate intestinal epithelial gene expression by suppressing the transcription factor Hepatocyte nuclear factor 4 alpha. Genome Res, 27: 1195–1206. https://doi.org/10.1101/gr.220111.116
Shames SR, Finlay BB (2012): Bacterial effector interplay: a new way to view effector function. Trends Microbiol, 20: 214–219. https://doi.org/10.1016/j.tim.2012.02.007
