Набор веса и «-омики»
Исследователи Стэнфордского университета утверждают, что даже в течение непродолжительных периодов увеличения и снижения массы тела организм человека претерпевает серьезные изменения, затрагивающие состав микробиома, сердечно-сосудистую систему, а также уровни экспрессии генов.
Авторы интегрировали множество технологий, известных как «-омики», для сбора огромного количества данных, открывающих уникальные детали о геномном, молекулярном, метаболическом и бактериальном составе организмов участников исследования. Окончание «-омика» эквивалентно прикреплению к названию области биологических исследований слова «изучение». Например, «геномика» – это изучение генов, а «протеомика» – изучение протеинов.
По словам одного из руководителей исследования профессора Майкла Снайдера (Michael Snyder), целью работы было получение беспрецедентно детального описания процессов, происходящих в организме в процессе увеличения и уменьшения массы тела. Помимо этого они хотели выяснить, как отличаются индивидуальные «-омные» профили и реакции на колебания массы тела людей, предрасположенных к развитию сахарного диабета.
Полученные результаты продемонстрировали, что даже умеренное увеличение массы тела (примерно на 3 кг) вызывает в организме очень сильные изменения на молекулярном уровне. Бактериальные популяции трансформируются, иммунные реакции и воспалительные процессы усиливаются, а также происходит активация молекулярных механизмов, ассоциированных с развитием заболеваний сердечно-сосудистой системы. Однако это еще не конец истории. Когда масса тела участников исследования снова снижалась, состояние большинства систем их организмов возвращалось в исходное состояние.
Наибольший интерес для исследователей представляли механизмы, запускаемые изменением массы тела на микроуровне в организме людей с резистентностью к инсулину, являющейся проявлением нарушения способности перерабатывать глюкозу и распространенным предшественником сахарного диабета 2 типа. Для этого они сравнили различия базовых результатов обследования устойчивых к инсулину и здоровых участников, полученных с помощью «-омик». После этого авторы проанализировали 2 основных вопроса: Как набор веса влияет на «-омные» профили? И что происходит после снижения массы тела?
Миллиарды измерений
Всего в исследовании приняло участие 23 человека. 13 из них имели проявления резистентности к инсулину, а 10 обладали нормальной способностью к усвоению глюкозы. Все они имели значения индекса массы тела в пределах от 25 до 35 килограмм на квадратный метр площади поверхности тела. (25 является верхним значением нормального диапазона, тогда как 40 примерно соответствует злокачественному ожирению.) Для каждого из участников авторы собрали вместе информацию о транскриптоме – комплексе молекул, отражающих профили экспрессии ДНК, протеоме – полном комплексе белков, продуцируемых организмом человека, микробиоме и геноме. По словам Снайдера, в конечном итоге в распоряжении исследователей были буквально миллиарды измерений.
Еще в начале исследования авторы обнаружили значимые различия между базовыми параметрами для резистентных и нерезистентных к инсулину участников. Среди расхождений в параметрах продукции белков и популяционного состава микробиома они выявили одну особенно выделяющуюся особенность: молекулярные маркеры воспаления выявлялись только в кровотоке устойчивых к инсулину участников. Воспаление является проблемой, характерной для пациентов с сахарным диабетом и проведение раннего «-омного» обследования поможет в выявлении ассоциированных с воспалением молекул у людей, не имеющих диабета, но входящих в группу риска.
После изучения различий на базовом уровне авторы начали изменять параметры. Участники стали получать высококалорийную диету и за 30 дней их масса тела в среднем увеличилась на 3 кг. Изменение массы тела, несмотря на умеренность, сопровождалось сдвигом «-омных» профилей. Уровни маркеров воспаления повышались у участников обоих групп. У чувствительных к инсулину участников происходил рост численности популяции бактерий Akkermansia muciniphila, известной благодаря способности препятствовать развитию резистентности к инсулину. Однако наиболее впечатляющим изменением был сдвиг уровня экспрессии генов, ассоциированных с повышенным риском развития определенного типа сердечной недостаточности – дилатационной кардиомиопатии, при которой сердце утрачивает способность эффективно перекачивать кровь по организму.
Снижение массы тела участников до исходных значений обеспечивало восстановление практически всех оцениваемых показателей, в том числе популяционного состава микробиома, а также уровней различных молекул и экспрессии генов. Однако небольшое количество изменений в продукции белковых и других соединений сохранялось, что свидетельствовало о возможной долгосрочности ряда эффектов. В то же время, авторы отмечают, что на сегодняшний день в их распоряжении нет достаточного количества данных, чтобы делать однозначные клинические выводы.
Еще одной важной деталью является тот факт, что, несмотря на существование определенных тенденций в сдвигах «-омных» профилей, каждый участник демонстрировал индивидуальные изменения различных параметров. Это подчеркивает исключительную важность глубокого интегративного анализа широкого диапазона данных при диагностике и лечении пациентов.
Статья Brian D. Piening et al. Integrative Personal Omics Profiles during Periods of Weight Gain and Loss опубликована в журнале Cell Systems.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Stanford University School of Medicine: Weight flux alters molecular profile.