Состав микробиома зависит от генетических факторов и частично наследуется

Влияние наследственности на видовой состав микробиома остается спорным вопросом. По разным оценкам, в микробиоме человека от 3 до 13% таксонов микроорганизмов имеют ненулевую наследуемость. Однако в большинстве исследований не удается устранить некоторые факторы, которые могут сказаться на окончательном выводе. Например, состав микробиома изучают у родственников, а они чаще всего питаются схожим образом. Кроме того, не удается проследить изменения микробиома с течением времени.

Авторы работы, опубликованной в Science, изучали состав кишечной микробиоты у 585 диких бабуинов из популяции в Национальном парке Амбосели (Кения), где ведут индивидуальные исследования особей с 1971 года. Образцы фекалий собирали в течение 14 лет. На основании анализа последовательностей 16S рРНК в образцах ученым удалось восстановить 16234 микробиомных профилей. От каждого бабуина в среднем было получено 28 фекальных образцов, которые собирали каждые 4,5 года. Продолжительность жизни бабуинов намного меньше, чем у человека (15–20 лет, редкие особи доживают до 30), и за 4,5 года их организм успевает претерпеть существенные изменения.

Каждый образец сопровождался подробным описанием родословной особи и ее связей с другими особями, а также текущих условий окружающей среды, социального поведения животного, демографической ситуации в популяции и преобладающей диеты на момент сбора образца. Оценивались фенотипы микробного сообщества в целом, фенотипы таксонов (относительные количества того или иного таксона), присутствие или отсутствие таксонов.

Исследователям удалось показать, что 97% микробиомных фенотипов в значительной степени наследовались, а в случае фенотипов таксонов наследуемость удалось показать для 93%. Схожесть микробиомов особей из одной семьи объясняется в первую очередь генотипами каждого отдельного животного. Микробиомы пары бабуинов, которые становятся родителями, не более сходны, чем микробиомы случайных пар самка-самец. Влияние социальных взаимодействий, таких как груминг, в данном исследовании оказалось незначительным, вероятно, из-за того, что состав микробиома анализировали на длительном промежутке времени. Наиболее сильное влияние социальных взаимодействий на микробиом наблюдали на образцах, собранных в один месяц.

Примечательно, что 32 таксона из кишечного микробиома бабуинов, для которых авторы работы показали наследуемость, входят и в состав кишечного микробиома человека. В частности, к ним относятся бактерии семейства Christensenellaceae, которые в других исследованиях микробиома человека показали максимальную наследуемость.

Авторы отмечают, что оценки наследуемости микробиома сильно различаются в разных исследованиях прежде всего потому, что наследуемость в значительной степени зависит от года, сезона и возраста особи. У бабуинов на наследуемость микробиома, например, сильно влияло соотношение сухого сезона и сезона дождей в том или ином году.