Микрофлора помогает поддерживать суточный ритм в работе генов, контролирующих переваривание и всасывание питательных веществ.

Когда мы говорим о биологических часах, которые управляют суточной активностью клеток, органов и организма в целом, то всегда нужно помнить, что часов этих в нас довольно много: есть центральные, которые находятся в мозге, и есть периферические, которые управляют отдельными органами и системами органов. И, к примеру, от кишечных часов зависит, как будут всасываться питательные вещества в зависимости от времени суток.

Кишечная палочка, один из самых обычных обитателей нашего кишечника. (Фото: Phil Moyer / Flickr.com) 

Но в кишечнике, как мы знаем, живёт колоссальная масса симбиотических бактерий, которые помогают нам переваривать пищу (и не только). Можно предположить, что кишечная микрофлора как-то влияет на кишечные часы, и действительно, исследования показали, что влияет – если из кишечника убирали всех бактерий, его суточные ритмы расстраивались.

Но следом возникает вопрос, как именно бактерии влияют на кишечные биологические часы. Скорее всего, микробы выделяют какие-то вещества, действующие на гены, от которых зависит ход внутренних часов. Сотрудники Юго-западного медицинского центра Университета Техаса описывают в своей статье в Science отличия в активности генов в кишечных клетках, взятых у нормальных мышей, и в кишечных клетках, взятых у мышей без микрофлоры.

Точнее, в работе говорится об одном отличии касательно гена HDAC3. Он кодирует фермент, пришивающий ацетильную химическую группу к молекулам белков-гистонов. Эти белки служат упаковщиками для ДНК, и от них зависит, можно ли будет с ДНК считывать информацию или нет; иными словами, от гистонов зависит активность генов. Но поведение самих гистонов зависит от химических модификаций, в том числе и от модификаций ацетильными группами. Значит, добавляя или уменьшая количество фермента HDAC3, изменяя его активность, тем самым можно изменить работу множества генов. (Изменение активности генов через гистоны – один из способов эпигенетической регуляции.)

Оказалось, что от бактерий зависит, будет ли фермент HDAC3 связываться с гистонами на определённых генах, и будут ли эти гены в определённое время суток доступны для считывания записанной в них информации. То есть бактерии создавали суточный ритм в активности кишечных генов, действуя через эпигенетический механизм регуляции, через гистоны. При этом тот же самый HDAC3 зависел от работы мышиного часового гена, иными словами, суточный ритм кишечника зависел как от собственного механизма биологических часов, так и от бактерий (чего, наверно, и следовало ожидать).

Скорее всего, фермент HDAC3 помогал гистонам своевременно распаковывать и упаковывать гены, контролирующие переваривание и расщепление питательных веществ. Однако на один такой ген HDAC3 действует непосредственно – это ген Cd36, который помогает всасывать липиды. Фермент HDAC3 сам, без помощи гистонов, связывается с геном Cd36 и активирует его. Можно предположить, что если HDAC3 выпадет из ритма, это может привести к ожирению – из-за активности Cd36 жиров начнёт всасываться слишком много и не по расписанию.

Известно, что избыточный вес может появляться из-за проблем с микрофлорой, мы также писали, что избыточный вес может накапливаться из-за проблем с биологическими часами. Вероятно, между тем и другим есть связь, хотя ещё предстоит выяснить, какие именно виды бактерий влияют на работу HDAC3 и какие вещества они при этом используют.

И, прежде чем говорить о клинических перспективах, нужно убедиться, что такая же эпигенетическая связь между кишечными бактериями и кишечными часами есть не только у мышей, но и у людей.