Isän suolistomikrobisto vaikuttaa seuraavaan sukupolveen

Hackettin ryhmän tutkimus Euroopan molekyylibiologian laboratoriossa (EMBL) Roomassa osoitti, että uroshiirten suolistomikrobiomin häiritseminen lisää sairastumisriskiä niiden tulevilla jälkeläisillä.

Suoliston mikrobiomi on ruoansulatuskanavassa elävä mikrobiyhteisö. Se vastaa entsyymien, metaboliittien ja muiden isännän aineenvaihdunnalle ja ympäristöön reagoinnille tärkeiden molekyylien tuotannosta.

Tasapainoinen suoliston mikrobiomi on siksi tärkeä nisäkkäiden terveydelle, sillä se auttaa säätelemään immuuni- ja umpieritysjärjestelmiä. Tämä puolestaan vaikuttaa kudosten fysiologiaan koko kehossa. Suoliston mikrobiomin vaikutuksesta isännän lisääntymistoimintaan ja siitä, voisiko muuttunut isän mikrobiomi vaikuttaa hänen jälkeläistensä terveyteen, tiedettiin kuitenkin vähän.

Hackettin ryhmä EMBL:ssä Roomassa yhdessä Borkin ja Zimmermannin ryhmien kanssa EMBL:ssä Heidelbergissä pyrki vastaamaan tähän kysymykseen. Heidän Nature-lehdessä julkaistut tuloksensa osoittivat, että uroshiirten suolistomikrobiomin häiritseminen lisää todennäköisyyttä, että niiden jälkeläiset syntyvät pienipainoisina ja heillä on lisääntynyt ennenaikaisen kuoleman riski.

Tiedon siirtäminen seuraavalle sukupolvelle

Tutkiakseen suoliston mikrobiomin vaikutusta uroshiirten lisääntymiseen ja niiden jälkeläisiin, tutkijat muuttivat uroshiirten suoliston mikrobien koostumusta hoitamalla niitä yleisillä antibiooteilla, jotka eivät pääse verenkiertoon. Tämä aiheuttaa dysbioosiksi kutsutun tilan, jossa suoliston mikrobien ekosysteemi menee epätasapainoon.

Tutkijat analysoivat sitten tärkeiden kivesten metaboliittien koostumuksen muutoksia. He havaitsivat, että dysbioosi uroshiirillä vaikutti kivesten fysiologiaan sekä metaboliittien koostumukseen ja hormonaaliseen signalointiin. Ainakin osa tästä vaikutuksesta johtui tärkeän hormonin, leptiinin, pitoisuuksien muutoksista indusoidun dysbioosin omaavien uroshiirten veressä ja kiveksissä.

Nämä havainnot viittaavat siihen, että nisäkkäillä on "suolisto-ituradan akseli", joka on tärkeä yhteys suoliston, sen mikrobiston ja ituradan välillä.

Ymmärtääkseen tämän "suolisto-ituradan akselin" merkityksen periytyvyyden kannalta tutkijat risteyttivät joko hoitamattomia tai dysbioottisia uroksia hoitamattomien naaraiden kanssa. Dysbioottisten isien pennuilla oli merkittävästi alhaisempi syntymäpaino ja lisääntynyt kuolleisuus syntymän jälkeen. Erilaisilla antibioottiyhdistelmillä sekä dysbioosia aiheuttavilla laksatiiveilla (jotka myös häiritsevät mikrobistoa) hoidolla oli samanlaisia vaikutuksia jälkeläisiin.

Merkittävää on, että tämä vaikutus on palautuva. Kun antibiootit lopetetaan, isien mikrobiomi palautuu. Kun hiiret, joilla on palautunut mikrobiomi, paritetaan hoitamattomien naaraiden kanssa, niiden jälkeläiset syntyvät normaalipainoisina ja kehittyvät normaalisti.

"Havaitsimme, että sukupolvien väliset vaikutukset katosivat normaalin mikrobiomin palautumisen jälkeen. Tämä tarkoittaa, että kaikki suoliston mikrobiomissa tapahtuvat muutokset, jotka voisivat aiheuttaa sukupolvien välisiä vaikutuksia, voidaan estää tulevilla isillä", sanoi tutkimukseen osallistunut EMBL Heidelbergin johtaja Peer Bork.

"Seuraava askel on ymmärtää yksityiskohtaisesti, miten erilaiset ympäristötekijät, kuten lääkkeet, mukaan lukien antibiootit, voivat vaikuttaa isän sukusoluihin ja siten alkionkehitykseen."

Artikkelin ensimmäinen kirjoittaja ja Hackettin ryhmän entinen postdoc-tutkija Aile Denboba, joka toimii nykyään ryhmänjohtajana Max Planck -immunologian ja epigenetiikan instituutissa Freiburgissa Saksassa, lisäsi: "Tutkimus syntyi halusta ymmärtää ympäristön vaikutusta isiin tarkastelemalla suoliston mikrobiomia siltana isäntä-ympäristö-vuorovaikutusten välillä ja luomalla riittävän syy-mallin sukupolvien välisten terveysriskien arvioimiseksi monimutkaisissa ekologisissa systeemeissä."

Isän vaikutus raskaudenaikaisten sairauksien riskiin

Työssään Hackett ja kollegat havaitsivat myös, että istukan vauriot, mukaan lukien heikko verisuonitus ja hidas kasvu, olivat yleisempiä dysbioottisten miesten raskauksissa. Viallisilla istukoilla oli merkkejä yleisestä ihmisillä esiintyvästä raskauskomplikaatiosta, pre-eklampsiasta, joka johtaa jälkeläisten heikkoon kasvuun ja on riskitekijä monille sairauksille myöhemmin elämässä.

”Tutkimuksemme osoittaa, että nisäkkäillä on suoliston mikrobiomin ja lisääntymisjärjestelmän välillä kommunikaatiokanava. Lisäksi ympäristötekijät, jotka häiritsevät näitä signaaleja odottavilla isillä, lisäävät jälkeläisten terveyden heikkenemisen riskiä muuttamalla istukan kehitystä”, sanoo tutkimusprojektin koordinaattori ja EMBL Rome -ryhmän johtaja Jamie Hackett.

"Tämä viittaa siihen, että hiirillä isän ympäristö välittömästi ennen hedelmöittymistä voi vaikuttaa jälkeläisten ominaisuuksiin geneettisestä perimästä riippumatta."

"Samalla havaitsimme, että tämä vaikutus ilmenee vain yhdessä sukupolvessa, ja minun on korostettava, että tarvitaan lisää tutkimusta sen selvittämiseksi, kuinka laajalle levinneitä nämä vaikutukset ovat ja ovatko ne merkityksellisiä ihmisille. Hiirien löydöksiä sovellettaessa ihmisiin on otettava huomioon luonnostaan eroja."

Hackett jatkoi: "Mutta ottaen huomioon länsimaisessa kulttuurissa laajalle levinneet ruokavalio- ja antibioottikäytännöt, joiden tiedetään häiritsevän suoliston mikrobiomia, on tärkeää tarkastella tarkemmin isien sukupolvien välisiä vaikutuksia ja sitä, miten ne voivat vaikuttaa raskauden lopputulokseen ja sairastumisriskiin väestössä."