Mikrobiota jelitowa ojca wpływa na następne pokolenie

Badanie przeprowadzone przez grupę Hacketta z Europejskiego Laboratorium Biologii Molekularnej (EMBL) w Rzymie wykazało, że zaburzenie mikrobiomu jelitowego u samców myszy zwiększa ryzyko wystąpienia chorób u ich przyszłego potomstwa.

Mikrobiom jelitowy to społeczność mikrobiologiczna zamieszkująca przewód pokarmowy. Jest odpowiedzialny za produkcję enzymów, metabolitów i innych cząsteczek ważnych dla metabolizmu gospodarza i reakcji na środowisko.

Zrównoważony mikrobiom jelitowy jest zatem ważny dla zdrowia ssaków, pomagając regulować układ odpornościowy i hormonalny. To z kolei wpływa na fizjologię tkanek w całym ciele. Jednak niewiele wiadomo na temat wpływu mikrobiomu jelitowego na funkcje rozrodcze gospodarza i czy zmieniony mikrobiom ojcowski może mieć wpływ na zdrowie jego potomstwa.

Grupa Hacketta w EMBL w Rzymie, wspólnie z grupami Borka i Zimmermanna w EMBL w Heidelbergu, postawiła sobie za cel odpowiedź na to pytanie. Ich wyniki, opublikowane w czasopiśmie Nature, wykazały, że zaburzenie mikrobiomu jelitowego u samców myszy zwiększa prawdopodobieństwo, że ich potomstwo urodzi się z niską masą urodzeniową i będzie narażone na zwiększone ryzyko przedwczesnej śmierci.

Przekazywanie informacji następnemu pokoleniu

Aby zbadać wpływ mikrobiomu jelitowego na reprodukcję samców i ich potomstwo, naukowcy zmienili skład mikrobów w jelitach samców myszy, lecząc je powszechnymi antybiotykami, które nie przedostają się do krwiobiegu. Powoduje to stan zwany dysbiozą, w którym ekosystem mikrobiologiczny w jelitach staje się niezrównoważony.

Następnie naukowcy przeanalizowali zmiany w składzie ważnych metabolitów jąder. Odkryli, że dysbioza u samców myszy wpływa na fizjologię jąder, a także skład metabolitów i sygnalizację hormonalną. Przynajmniej część tego efektu była spowodowana zmianami w poziomach kluczowego hormonu leptyny we krwi i jądrach samców z wywołaną dysbiozą.

Obserwacje te wskazują, że ssaki mają „oś jelitowo-zarodkową”, która stanowi ważne ogniwo łączące jelita, ich mikrobiotę i linię zarodkową.

Aby zrozumieć znaczenie tej „osi jelitowo-zarodkowej” dla dziedziczności, naukowcy skrzyżowali nieleczone lub dysbiotyczne samce z nieleczonymi samicami. Szczenięta dysbiotycznych ojców miały znacznie niższą masę urodzeniową i zwiększoną śmiertelność po urodzeniu. Różne kombinacje antybiotyków, a także leczenie środkami przeczyszczającymi wywołującymi dysbiozę (które również zaburzają mikrobiotę) miały podobne skutki u potomstwa.

Co ważne, efekt ten jest odwracalny. Po zaprzestaniu podawania antybiotyków mikrobiomy ojców zostają przywrócone. Kiedy myszy z przywróconymi mikrobiomami są kojarzone z nieleczonymi samicami, ich potomstwo rodzi się z prawidłową wagą i rozwija się normalnie.

„Zaobserwowaliśmy, że efekty międzypokoleniowe zniknęły po przywróceniu normalnego mikrobiomu. Oznacza to, że każdej zmianie mikrobiomu jelitowego, która mogłaby powodować efekty międzypokoleniowe, można zapobiec u przyszłych ojców” – powiedział Peer Bork, dyrektor EMBL Heidelberg, który brał udział w badaniu.

„Kolejnym krokiem jest szczegółowe zrozumienie, w jaki sposób różne czynniki środowiskowe, takie jak leki, w tym antybiotyki, mogą wpływać na linie zarodkowe ojców, a tym samym na rozwój embrionalny”.

Aile Denboba, pierwszy autor artykułu i były pracownik naukowy w grupie Hacketta, obecnie kierownik grupy w Instytucie Maxa Plancka ds. Immunologii i Epigenetyki w niemieckim Fryburgu, dodał: „Badanie powstało z chęci zrozumienia wpływu środowiska na ojców poprzez rozważenie mikrobiomu jelitowego jako pomostu między interakcjami gospodarz-środowisko, tworząc wystarczający model przyczyn do oceny międzypokoleniowych zagrożeń dla zdrowia w złożonych systemach ekologicznych”.

Wpływ ojców na ryzyko chorób w czasie ciąży

W swojej pracy Hackett i współpracownicy odkryli również, że wady łożyska, w tym słabe unaczynienie i powolny wzrost, były częstsze w ciążach z udziałem dysbiotycznych mężczyzn. Wadliwe łożyska wykazywały oznaki powszechnego powikłania ciąży u ludzi, zwanego stanem przedrzucawkowym, który prowadzi do słabego wzrostu u potomstwa i jest czynnikiem ryzyka szerokiego zakresu chorób w późniejszym życiu.

„Nasze badanie pokazuje istnienie kanału komunikacyjnego między mikrobiomem jelitowym a układem rozrodczym u ssaków. Co więcej, czynniki środowiskowe, które zakłócają te sygnały u przyszłych ojców, zwiększają ryzyko niekorzystnego stanu zdrowia potomstwa poprzez zmianę rozwoju łożyska” — powiedział Jamie Hackett, koordynator projektu badawczego i kierownik grupy EMBL Rome.

„Oznacza to, że u myszy środowisko ojcowskie bezpośrednio przed poczęciem może wpływać na cechy potomstwa niezależnie od dziedziczenia genetycznego”.

„Jednocześnie odkryliśmy, że ten efekt występuje tylko w jednym pokoleniu i muszę podkreślić, że potrzeba więcej badań, aby zbadać, jak powszechne są te efekty i czy są istotne dla ludzi. Istnieją wrodzone różnice, które należy wziąć pod uwagę, przekładając wyniki badań na myszach na ludzi”.

Hackett kontynuował: „Ale biorąc pod uwagę powszechne stosowanie praktyk dietetycznych i antybiotykowych w kulturze zachodniej, o których wiadomo, że zakłócają mikrobiom jelitowy, ważne jest, aby przyjrzeć się bliżej międzypokoleniowym wpływom ojców i temu, jak mogą one wpływać na wyniki ciąży i ryzyko chorób w populacji”.