Το εντερικό μικροβιόκοσμο του πατέρα επηρεάζει την επόμενη γενιά

Μια μελέτη της ομάδας του Hackett στο Ευρωπαϊκό Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας (EMBL) στη Ρώμη διαπίστωσε ότι η διαταραχή του εντερικού μικροβιώματος σε αρσενικά ποντίκια αυξάνει τον κίνδυνο εμφάνισης ασθενειών στους μελλοντικούς απογόνους τους.

Το μικροβίωμα του εντέρου είναι η μικροβιακή κοινότητα που κατοικεί στο γαστρεντερικό σωλήνα. Είναι υπεύθυνο για την παραγωγή ενζύμων, μεταβολιτών και άλλων μορίων σημαντικών για τον μεταβολισμό του ξενιστή και την απόκριση στο περιβάλλον.

Ένα ισορροπημένο εντερικό μικροβίωμα είναι επομένως σημαντικό για την υγεία των θηλαστικών, βοηθώντας στη ρύθμιση του ανοσοποιητικού και ενδοκρινικού συστήματος. Αυτό, με τη σειρά του, επηρεάζει τη φυσιολογία των ιστών σε όλο το σώμα. Ωστόσο, λίγα ήταν γνωστά για την επίδραση του εντερικού μικροβιώματος στην αναπαραγωγική λειτουργία του ξενιστή και για το αν ένα τροποποιημένο πατρικό μικροβίωμα θα μπορούσε να επηρεάσει την υγεία των απογόνων του.

Η ομάδα του Hackett στο EMBL στη Ρώμη, μαζί με τις ομάδες των Bork και Zimmermann στο EMBL στη Χαϊδελβέργη, ξεκίνησαν να απαντούν σε αυτό το ερώτημα. Τα αποτελέσματά τους, που δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Nature, έδειξαν ότι η διαταραχή του εντερικού μικροβιώματος σε αρσενικά ποντίκια αυξάνει την πιθανότητα τα παιδιά τους να γεννηθούν με χαμηλό βάρος γέννησης και να διατρέχουν αυξημένο κίνδυνο πρόωρου θανάτου.

Μεταδίδοντας πληροφορίες στην επόμενη γενιά

Για να μελετήσουν την επίδραση του εντερικού μικροβιώματος στην αναπαραγωγή των αρσενικών ποντικών και στους απογόνους τους, οι ερευνητές άλλαξαν τη σύνθεση των μικροβίων στο έντερο αρσενικών ποντικών χορηγώντας τους κοινά αντιβιοτικά που δεν εισέρχονται στην κυκλοφορία του αίματος. Αυτό προκαλεί μια πάθηση που ονομάζεται δυσβίωση, κατά την οποία το μικροβιακό οικοσύστημα στο έντερο διαταράσσεται.

Στη συνέχεια, οι επιστήμονες ανέλυσαν τις αλλαγές στη σύνθεση σημαντικών μεταβολιτών των όρχεων. Διαπίστωσαν ότι η δυσβίωση σε αρσενικά ποντίκια επηρέασε τη φυσιολογία των όρχεων, καθώς και τη σύνθεση των μεταβολιτών και την ορμονική σηματοδότηση. Τουλάχιστον ένα μέρος αυτής της επίδρασης οφειλόταν σε αλλαγές στα επίπεδα της βασικής ορμόνης λεπτίνης στο αίμα και τους όρχεις αρσενικών με επαγόμενη δυσβίωση.

Αυτές οι παρατηρήσεις υποδηλώνουν ότι τα θηλαστικά έχουν έναν «άξονα εντέρου-βλαστικής γραμμής» που αποτελεί σημαντικό σύνδεσμο μεταξύ του εντέρου, της μικροχλωρίδας του και της βλαστικής γραμμής.

Για να κατανοήσουν τη σημασία αυτού του «άξονα εντέρου-βλαστικής γραμμής» για την κληρονομικότητα, οι επιστήμονες διασταύρωσαν είτε μη θεραπευμένα είτε δυσβιωτικά αρσενικά με μη θεραπευμένα θηλυκά. Τα κουτάβια των δυσβιωτικών πατέρων είχαν σημαντικά χαμηλότερο βάρος γέννησης και αυξημένη θνησιμότητα μετά τη γέννηση. Διαφορετικοί συνδυασμοί αντιβιοτικών, καθώς και η θεραπεία με καθαρτικά που προκαλούν δυσβίωση (τα οποία επίσης διαταράσσουν τη μικροχλωρίδα), είχαν παρόμοιες επιδράσεις στους απογόνους.

Είναι σημαντικό ότι αυτό το φαινόμενο είναι αναστρέψιμο. Μόλις διακοπούν τα αντιβιοτικά, το μικροβίωμα των πατέρων αποκαθίσταται. Όταν ποντίκια με αποκατεστημένο μικροβίωμα ζευγαρώνουν με θηλυκά που δεν έχουν λάβει θεραπεία, οι απόγονοί τους γεννιούνται με φυσιολογικό βάρος και αναπτύσσονται κανονικά.

«Παρατηρήσαμε ότι οι διαγενεακές επιπτώσεις εξαφανίστηκαν μετά την αποκατάσταση του φυσιολογικού μικροβιώματος. Αυτό σημαίνει ότι οποιαδήποτε αλλαγή στο μικροβίωμα του εντέρου που θα μπορούσε να προκαλέσει διαγενεακές επιπτώσεις μπορεί να προληφθεί σε μελλοντικούς πατέρες», δήλωσε ο Peer Bork, διευθυντής του EMBL Heidelberg, ο οποίος συμμετείχε στη μελέτη.

«Το επόμενο βήμα είναι να κατανοήσουμε λεπτομερώς πώς διάφοροι περιβαλλοντικοί παράγοντες, όπως τα φάρμακα, συμπεριλαμβανομένων των αντιβιοτικών, μπορούν να επηρεάσουν τις πατρικές βλαστικές σειρές και, ως εκ τούτου, την εμβρυϊκή ανάπτυξη».

Η Aile Denboba, πρώτη συγγραφέας της μελέτης και πρώην μεταδιδακτορική ερευνήτρια στην ομάδα του Hackett, νυν επικεφαλής ομάδας στο Ινστιτούτο Max Planck για την Ανοσολογία και την Επιγενετική στο Φράιμπουργκ της Γερμανίας, πρόσθεσε: «Η μελέτη προέκυψε από την επιθυμία να κατανοήσουμε την επίδραση του περιβάλλοντος στους πατέρες, λαμβάνοντας υπόψη το μικροβίωμα του εντέρου ως γέφυρα μεταξύ των αλληλεπιδράσεων ξενιστή-περιβάλλοντος, δημιουργώντας ένα επαρκές μοντέλο αιτιών για την αξιολόγηση των διαγενεακών κινδύνων για την υγεία σε πολύπλοκα οικολογικά συστήματα».

Η επίδραση των πατέρων στον κίνδυνο εμφάνισης ασθενειών κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης

Στην εργασία τους, ο Hackett και οι συνεργάτες του διαπίστωσαν επίσης ότι τα ελαττώματα του πλακούντα, συμπεριλαμβανομένης της κακής αγγείωσης και της αργής ανάπτυξης, ήταν πιο συχνά σε εγκυμοσύνες που αφορούσαν δυσβιωτικούς άνδρες. Οι ελαττωματικοί πλακούντες έδειξαν σημάδια μιας κοινής επιπλοκής της εγκυμοσύνης στους ανθρώπους που ονομάζεται προεκλαμψία, η οποία οδηγεί σε κακή ανάπτυξη των απογόνων και αποτελεί παράγοντα κινδύνου για ένα ευρύ φάσμα ασθενειών αργότερα στη ζωή.

«Η μελέτη μας καταδεικνύει την ύπαρξη ενός καναλιού επικοινωνίας μεταξύ του εντερικού μικροβιώματος και του αναπαραγωγικού συστήματος στα θηλαστικά. Επιπλέον, περιβαλλοντικοί παράγοντες που διαταράσσουν αυτά τα σήματα στους μέλλοντες πατέρες αυξάνουν τον κίνδυνο δυσμενούς υγείας των απογόνων, μεταβάλλοντας την ανάπτυξη του πλακούντα», δήλωσε ο Jamie Hackett, συντονιστής του ερευνητικού έργου και επικεφαλής της ομάδας EMBL Rome.

«Αυτό υποδηλώνει ότι στα ποντίκια, το πατρικό περιβάλλον αμέσως πριν από τη σύλληψη μπορεί να επηρεάσει τα χαρακτηριστικά των απογόνων ανεξάρτητα από τη γενετική κληρονομικότητα».

«Ταυτόχρονα, διαπιστώσαμε ότι αυτό το φαινόμενο εμφανίζεται μόνο σε μία γενιά και πρέπει να τονίσω ότι χρειάζεται περισσότερη έρευνα για να εξεταστεί πόσο διαδεδομένες είναι αυτές οι επιδράσεις και αν είναι σχετικές με τους ανθρώπους. Υπάρχουν εγγενείς διαφορές που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά τη μετάφραση των ευρημάτων από ποντίκια στους ανθρώπους».

Ο Hackett συνέχισε: «Ωστόσο, δεδομένης της ευρείας χρήσης διατροφικών και αντιβιοτικών πρακτικών στη Δυτική κουλτούρα που είναι γνωστό ότι διαταράσσουν το μικροβίωμα του εντέρου, είναι σημαντικό να εξετάσουμε πιο προσεκτικά τις διαγενεακές επιπτώσεις των πατέρων και πώς μπορούν να επηρεάσουν τα αποτελέσματα της εγκυμοσύνης και τον κίνδυνο ασθένειας στον πληθυσμό».