DOI: https://doi.org/10.1016/j.tim.2024.05.006
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38839511
تاريخ النشر: 2024-06-05
المؤلف: Michael Le Pepke وآخرون
الموضوع الرئيسي: الميكروبيوم المعوي والصحة
نظرة عامة
يتناول القسم التفاعلات الديناميكية بين التعديلات الوراثية البيئية للكائن المضيف وميكروبات الأمعاء الخاصة به، مما يبرز الإمكانية التي يمكن أن يؤثر بها المضيف على الميكروبيوم الخاص به من خلال التغيرات الوراثية البيئية التي تؤثر على التعبير الجيني ونشاط RNA غير المشفر. هذه العلاقة تؤدي إلى وجود “محور الجينوم البيئي – الميكروبيوم” ثنائي الاتجاه، والذي يتضمن التغيرات الناتجة عن البيئة التي قد تؤثر على التطور التكيفي لتفاعلات المضيف والميكروبات. يقترح المؤلفون إطار عمل شامل لاستكشاف هذا المحور، مشيرين إلى الآثار المترتبة على الصحة وعلوم الغذاء.
بينما يتم التعرف بشكل متزايد على دور ميكروبيوم الأمعاء في التأثير على فسيولوجيا المضيف، تظل الآليات التي من خلالها يقوم المضيفون بالتلاعب بنشاط بميكروباتهم أقل فهمًا. تساهم عوامل مثل النظام الغذائي، ونمط الحياة، والعمر، والجنس، والخلفية الجينية في تشكيل الميكروبيوم، مما يشير إلى أن مشاركة المضيف مهمة. يؤكد النص على أن التواصل بين المضيف والميكروبيوم يسمح بتنظيم مكونات الميكروبيوم، والتي يمكن أن تحافظ على التوازن المعوي وتختار الصفات الميكروبية التي تعزز لياقة المضيف. تشير الدراسات المقارنة في علم الجينوم والارتباط الجيني على مستوى الجينوم إلى أن جينوم المضيف يمكن أن يؤثر على تركيب الميكروبات، على الرغم من أن العوامل البيئية قد تلعب أيضًا دورًا رئيسيًا. من الجدير بالذكر أن المضيفين المتشابهين جينيًا في بيئات متطابقة يمكن أن يظهروا اختلافات في الميكروبيوم، ربما بسبب التغيرات الوراثية البيئية.
نقاش
يسلط قسم النقاش في الورقة الضوء على المفهوم الناشئ لمحور “الجينوم البيئي – الميكروبيوم” ثنائي الاتجاه، والذي يوضح التفاعل المعقد بين ميكروبيوم الأمعاء وآليات الوراثة البيئية للمضيف. تشير النتائج الأخيرة إلى أن ميكروبيوم الأمعاء يمكن أن يعمل كعامل وراثي بيئي، يؤثر على التعبير الجيني للمضيف من خلال آليات مثل تعديلات الحمض النووي والهستونات، بالإضافة إلى نشاط RNA غير المشفر. بالمقابل، يمكن للمضيف تنظيم تركيب و نشاط ميكروبيوم الأمعاء من خلال آليات التغذية الراجعة الوراثية البيئية استجابةً للإشارات البيئية. تشير هذه العلاقة المتبادلة إلى أن كل من الميكروبيوم والجينوم البيئي هما جزء لا يتجزأ من فهم تفاعلات المضيف والميكروبات وديناميكياتها التطورية.
يناقش القسم أيضًا التغيرات الوراثية البيئية الناتجة عن الميكروبات في المضيف، مؤكدًا على دور المستقلبات الميكروبية، مثل الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة (SCFAs)، في تعديل التعبير الجيني للمضيف وبرمجة الوراثة البيئية. يمكن أن تؤثر هذه التغيرات بشكل كبير على الاستجابات المناعية ووظيفة حاجز الأمعاء، مع آثار على الأمراض المعوية والاختلالات الميكروبية. بالإضافة إلى ذلك، يتم استكشاف تنظيم المضيف الوراثي البيئي للميكروبيوم، مما يكشف أن بروتينات المضيف المحددة والتعديلات الوراثية البيئية يمكن أن تغير تركيب الميكروبيوم، وبالتالي تؤثر على نتائج الصحة. تختتم الورقة باقتراح أن التقدم في تقنيات الهندسة الوراثية البيئية، مثل أنظمة CRISPR/Cas، يمكن أن يسهل التحقيقات التجريبية في سببية محور الجينوم البيئي – الميكروبيوم، مما قد يؤدي إلى استراتيجيات علاجية جديدة لإدارة الاضطرابات المتعلقة بالأمعاء.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.tim.2024.05.006
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38839511
Publication Date: 2024-06-05
Author(s): Michael Le Pepke et al.
Primary Topic: Gut microbiota and health
Overview
The section discusses the dynamic interactions between a host organism’s epigenetic modifications and its gut microbiota, highlighting the potential for the host to influence its microbiome through epigenetic changes that affect gene expression and noncoding RNA activity. This relationship gives rise to a bidirectional ‘epigenome-microbiome axis,’ which incorporates environmentally induced variations that may impact the adaptive evolution of host-microbe interactions. The authors propose a holo-omic framework to explore this axis, suggesting implications for health and food sciences.
While the role of the gut microbiome in influencing host physiology is increasingly recognized, the mechanisms by which hosts actively manipulate their microbiomes remain less understood. Factors such as diet, lifestyle, age, sex, and genetic background contribute to shaping the microbiome, indicating that host involvement is significant. The text emphasizes that crosstalk between the host and microbiome allows for regulation of microbiome components, which can maintain intestinal homeostasis and select for microbial traits that enhance host fitness. Comparative phylogenomics and genome-wide association studies suggest that host genotype can influence microbiota composition, although environmental factors may also play a dominant role. Notably, even genetically similar hosts in identical environments can exhibit microbiome differences, potentially due to epigenetic variation.
Discussion
The discussion section of the paper highlights the emerging concept of a bidirectional “epigenome-microbiome axis,” which illustrates the complex interplay between the gut microbiome and host epigenetic mechanisms. Recent findings indicate that the gut microbiome can act as an epigenetic effector, influencing host gene expression through mechanisms such as DNA and histone modifications, as well as noncoding RNA activity. Conversely, the host can regulate its microbiome composition and activity via epigenetic feedback mechanisms in response to environmental cues. This reciprocal relationship suggests that both the microbiome and epigenome are integral to understanding host-microbe interactions and their evolutionary dynamics.
The section further discusses microbiota-induced epigenetic changes in the host, emphasizing the role of microbial metabolites, such as short-chain fatty acids (SCFAs), in modulating host gene expression and epigenetic programming. These changes can significantly impact immune responses and gut barrier function, with implications for gastrointestinal diseases and dysbiosis. Additionally, the host’s epigenetic regulation of the microbiome is explored, revealing that specific host proteins and epigenetic modifications can alter microbiome composition, thereby influencing health outcomes. The paper concludes by suggesting that advancements in epigenetic engineering technologies, such as CRISPR/Cas systems, could facilitate experimental investigations into the causality of the epigenome-microbiome axis, potentially leading to novel therapeutic strategies for managing gut-related disorders.