«Взаимодействие аллелей генов переносчика жирных кислот (fabp2) и липазы поджелудочной железы (pnlip) и их влияние на микробиом кишечника человека» - Дипломная работа

Содержание

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 4

ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА 1. МИКРОБИОМ КИШЕЧНИКА ЧЕЛОВЕКА И ФАКТОРЫ РИСКА (ОБЗОР НАУЧНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ) 9

1.1. Понятие о микробиоме кишечника человека 9

1.2. Характеристика генов, оказывающих влияние на микробиом 14

1.2.1. Ген липазы поджелудочной железы (PNLIP) 14

1.2.2. Ген переносчика жирных кислот (FABP2) 15

1.3. Заключение 17

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Материалы исследования 19

2.2. Методы исследования 19

2.2.1. Биохимические методы 19

2.2.2. Молекулярные методы 21

2.2.3. Статистические методы 26

2.2.4. Метод дидактической многомерной технологии (логико-смысловое моделирование) 30

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 32

3.1. Анализ взаимосвязи показателей объёма микробиома кишечника человека с полиморфными вариантами гена переносчика жирных кислот и гена липазы поджелудочной железы 32

3.1.1. Анализ распределения частот аллелей и генотипов полиморфного варианта rs 1799883 гена FABP2 в группах с нормальным и пониженным объёмом микробиоты 32

3.1.2. Анализ распределения частот аллелей и генотипов полиморфного варианта rs746000327 гена PNLIP в группах с нормальным и пониженным объёмом микробиоты 34

3.2. Анализ сочетаний генотипов полиморфизмов генов FABP2 (rs1799883) и гена PNLIP (rs746000327) в группах с нормальным и пониженным объемом микробиоты 36

ГЛАВА 4. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ В ШКОЛЬНОМ КУРСЕ БИОЛОГИИ 39

4.1. Роль биологического образования 39

4.2. Анализ тематического планирования 41

4.3. Разработка урока 43

ВЫВОДЫ 52

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 53

ПРИЛОЖЕНИЕ 58

Введение

Актуальность проблемы

В настоящее время пристальное внимание биомедицинских исследований сосредоточил на себе кишечный микробиом. Осознание функциональной роли всей микробиоты кишечника возникло только в последние 5 лет. Ситуация связана с тем, что доказана связь между здоровьем человека и микробиомом его кишечника. Когда микробиом кишечника не нарушен, то человек реже болеет и речь идёт не только о заболеваниях органов ЖКТ, но и других болезнях организма. Исследователями (Arebi N., 2008) было показано, что от качества и

количества микробиоты кишечника зависит патологическая физиология синдрома раздраженного кишечника. При нарушении баланса микробиоты и организма человека повышается число бактерий, вызывающих воспалительные процессы в кишечнике и другие проблемы со здоровьем. Со снижением разнообразия микробиома ассоциированы болезнь Крона и воспалительные заболевания (Dicksved et al., 2008). Кардинальные

отклонения в составе кишечного микробиома могут способствовать развитию функциональных симптомов наиболее распространенных желудочно-кишечных расстройств, таких как, нарушения моторики кишечника, диарея, запоры, дисбактериоз (Caenepeel P.,2001). На основе метагеномного анализа была выявлена корреляция между отдельными бактериальными таксонами в кишечнике и сахарным диабетом 2-го типа (Karlsson F.H. et al., 2013). Исследователями из Токио было выявлено, что у лабораторных мышей с ожирением чаще присутствуют нарушения микробиома, а именно выраженное увеличение относительной плотности бактерий класса Clostridia, которые известны активной продукцией дезоксихолевой кислоты, что способствует возникновению

воспалительных реакций в печени, а также может предрасполагать

хозяина к развитию рака печени (Yoshimoto S. et al., 2013). Также была показана связь между измененным составом микробиома и атеросклерозом (Tang et al., 2013). Наблюдается неуклонный рост числа заболеваний пищеварительной системы у молодого поколения (Ильченко А.А., 2007). Существенным аргументом, определяющим медико-социальную значимость болезней органов пищеварения, служит то, что этой патологией страдают все возрастные группы населения - лица трудоспособного возраста, пожилые и старики, дети и подростки (Ровда Ю.И.,2010). В связи с этим актуальным являются исследования определения объема и состава микробиоты. Наиболее революционным могут являться исследования, позволяющие

идентифицировать гены, участвующие в физиологических процессах, происходящих в кишечнике. Сказанное в полной мере относится к генам, регулирующим липидный обмен, так как изменения липидного обмена в кишечнике может также привести к нарушению состава и объема микрофлоры, поскольку жир, обседаемый в большом количестве на стенках кишечника, пагубно влияет на полезную микрофлору кишечника и может являться субстратом для патогенной микрофлоры.

Цель: выявить связь полиморфных вариантов генов переносчика жирных кислот (FABP2) и липазы поджелудочной железы (PNLIP) с объёмом микробиома кишечника человека для превенции развития распространённых расстройств ЖКТ.

Задачи:

1) определение объёма микробиоты в исследуемых выборках;

2) генотипирование выборки с нормальным и пониженным объёмом микробиоты кишечника по полиморфным вариантам генов FABP2 и PNLIP;

3) статистическая обработка данных в исследуемых выборках по полиморфизмам изучаемых генов;

4) анализ связи между генотипами и объёмом микробиоты кишечника;

5) разработка методических рекомендаций по использованию теоретического и экспериментального материала ВКР в школьном курсе биологии.

Научная новизна

Впервые проведён анализ распределения частот аллелей и генотипов полиморфного варианта rs1799883 гена переносчика жирных кислот (FABP2) и полиморфного варианта rs746000327 гена липазы поджелудочной железы (PNLIP), оказывающих влияние на метаболизм липидов, в группе лиц с нормальным и пониженным коэффициентом кишечных бактерий с помощью программы «SNPstats».

Научно-практическая значимость

Результаты ВКР могут способствовать оценке роли полиморфных вариантов генов FABP2 и PNLIP в формировании объёма микробиоты кишечника человека для ранней диагностики развития патологий ЖКТ. Предполагается, что данное исследование внесёт свой вклад в изучение роли генов метаболизма липидов в формировании микробиома кишечника человека.

Выпускная квалификационная работа выполнена в лаборатории Центра молекулярно-генетических и инновационных исследований кафедры генетики Естественно-географического факультета Башкирского

Государственного Педагогического Университета им. М. Акмуллы.

Приношу глубокую благодарность и признательность своему научному руководителю, доктору биологических наук, профессору, зав. кафедрой генетики, Горбуновой Валентине Юрьевне, за чуткое руководство, неоценимую помощь в организации исследований и интерпретации результатов. Сотрудникам кафедры генетики БГПУ им. М. Акмуллы за участие в обсуждении результатов и помощь в оформлении работы.

Выдержка из текста работы

ГЛАВА 1. МИКРОБИОМ КИШЕЧНИКА ЧЕЛОВЕКА И ФАКТОРЫ РИСКА (ОБЗОР НАУЧНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1. Понятие о микробиоме кишечника человека

Под микробиотой человека подразумевают комплекс бактерий, колонизирующих поверхности и открытые полости организма — кожу, дыхательные пути, мочеполовую систему и желудочно-кишечный тракт. На сегодняшний день убедительно доказано, что общая численность микробиоты в организме достигает 1 0 1 4 - 1 0 1 5 микробных клеток, что на 1-2 порядка больше, чем клеток человеческого организма (Парфёнов А. И., 2002). Микробиом распределен в человеческом организме неравномерно. Наиболее крупным является кишечный микробиом, общая масса которого превышает 1 кг. Он может состоять из видов различных микроорганизмов, но у взрослого человека преобладают бактерии типов Bacteroidetes и Firmicutes (Young V. B., 2012). Состав кишечной микробиоты зависит от различных факторов: генетических особенностей организма, возраста, общего состояния организма, питания. Ирландские исследователи изучили влияние микробиома у профессиональных спортсменов. Исследование, в которое вошли 40 ирландских игроков регби из национальной команды, показало, что физическая активность может стимулировать процветание благоприятных штаммов бактерий в кишечнике. Исследование пролило свет на то, как физическая нагрузка усиливает бактерии кишечника, как микробиома спортсмена способствует ремонту тканей и помогает клеткам восстанавливаться с высокой интенсивностью (Barton et al., 2017). Все представители микробиоты кишечника важны, однако количество отдельных групп микроорганизмов неравномерно. гупркнИсетаводзучяевлнаоркибмуьалхифытрп.м,сеаолндиИвток Важно процентное соотношение содержания тесавдрлипйотдельных теьсгрупп, геатопинмтак тчонкак еьчонтакое ьлобеиравновесие и еьарлонмобеспечивает правильное функционирование кишечной микрофлоры. Всех представителей микробиоты человеческого пищеварительного гтаетракта еможно разделить на трибольшие группы. Для каждой из них типичны свои определенные группы.

I. Нормальные микроорганизмы. Это бифидо- и лактобактерии, а

также адокнбактероиды. твялонпыюНаиболее этоймногочисленная, тслвоющяато яетволнпыесть теакдорбиыдоминирующая составляющая теабкдроиымикробиоты темчеловеческого евнидыкишечника. аетрожЭти пщтаеьвлуринюмикробные агенты выполняют зпищеварительную, гзащитную, иммуностимулирующую функции. тсолрПатогенными свойствами не обладают, то есть не могут вызвать заболевание. В ваечлкоцелом своиможно ялДсказать, геатонимыПчто типнчычем атякробольше ьелбномшнормальных микроорганизмов в микробиоте, тем лучше для человека.

II. тасвебочпиУсловно-патогенные гатеонимикроорганизмы. гетанНазвание екрбоинэтой точнгруппы

микробных агентов тсорочень точно отражает их особенности и возможности. Это тгеавонта ьаорлхнсоставляющая, аеорвнкоторая зможет гелуводиграть таккак асетрлвидйпположительную, ялтак и отрицательную роль в организме человека. При небольшом количестве она выполняет защитную роль, то есть препятствует колонизации патогенными бактериями и вирусами. При значительном количестве, в том случае, когда условно-патогенная згавойыфлора еоквлбначинает ьтеолхндыдоминировать над нормальной, она вызывает клинически значимые заболевания пищеварительного канала, то есть кишечные инфекции.

III. Патогенные микроорганизмы. Этих микробных агентов в

организме человека гблкуоюбыть тсачине ьтеоинцдолжно, аеорипнжтак алкнкак тсокниникаких аьлбоиНшеположительных действий онони иекшне окуцносуществляют. аьтепвлрхниыщКак етолдыследует аеьрвлнпйиыиз хниназвания, гэтоони ьтеиммогут спровоцировать авьлудйины только зеолниб клинически гястеури манифестные сетинмы заболевания

пищеварительного канала.

Наибольшее количество микроорганизмов заселяют дистальные (ближе к концу) отделы кишечника. Содержание микробных агентов в тонкой кишке сявулоинесколько токйнменьше, тсеинчем в тевропнтолстой. рдНаименьшее гасолнмикробное арунобсеменение регистрируется в желудке и двенадцатиперстной кишке, так как в этой части пищеварительного окапала ^действие тпищеварительных есоков и 1ферментов наиболее агрессивно (Добрецов, 2005).

Микробиота кишечника выполняет много полезных функций. Именно поэтому важно соблюдать ее баланс и ни в коем случае не преследовать цель уничтожения микробной ассоциации. Функции:

1. гсеакорчинЗащитная. аопдюеищМикробные Мтакроибагенты в хинпищеварительном затерлунийканале человека располагаются и размножаются по принципу антагонизма. То есть в зтавярипервые еярдоинжчасы теарбкипосле затиыщрождения твоидычеловека ьтсеего аткрбоиморганизм Мекробниыполучает определенные затиыщбактерии, ьарлоунмюкоторые естурвиПобразуют атесвобипчколонии гухдрина затиыщповерхности слизистой. еаклнПри тсьвуконппроникновении гарлопястюпатогенных ежбактерий в аетсвчобпиорганизм зтьсеялодинждля развития сеалчузаболевания стеомдля хинних сечкхимдолжно ствочкиносвободится згаронимместо, тедомто колруимфесть Мкброимони должны ялдвытеснить тгсечокнинормальную енмикрофлору. ойндМикробиота таквырабатывает определенные твсчокнизащитные тесрвуиПвещества, аьролнймкоторые тсроукинцпрепятствуют ьтаярлицфпопаданию и размножению патогенных бактерий и вирусов.

2. Иммуностимулирующая. Именно микробиота является одной из важных составляющих неспецифического звена иммунной защиты. Явление фагоцитоза, выработка поверхностных иммуноглобулинов класса А, других факторов тсвокнизащиты ьелцобеспечивает еасчулобезвреживание нитоксинов, еепатогенных микробов и тсваеодругих гтаеохпнвредоносных тодля ародипчеловеческого авхорганизма екчфакторов. Повреждение долнжымикробиоты аятсолвющхиспособствует сятовибдразвитию защтениыиммунодефицитного состояния и тасобрию формированию еяордниж некоторых гео хронических процессов (аллергические болезни у детей).

3. Антитоксическая. Микробиота выполняет функцию своеобразной губки-сорбента, которая нейтрализует и выводит попадающие в кишечник человека токсины синтетического и органического происхождения, токсичные химические вещества, канцерогены. Таким образом реализуется и противоопухолевая защита человеческого организма.

4. Пищеварительная. Процессы всасывания и переваривания пищи невозможны без нормально функционирующей микробиоты. Бактерии в кишечнике человека участвуют в расщеплении белков, углеводов и жиров; обеспечивают синтез витаминов РР, группы В, К. Микробиота регулирует некоторые еьочн процессы еатьролунцию жирового гтуом обмена, згавойы что тоЭ обеспечивает риП ее антихолестериноновое действие.

5. Моторно-эвакуаторная. Микробиота регулирует газовый состав внутри тсвеабочипкишечника, еавкочлопределяет аонВжсвоевременное и ьаолрнмрегулярное гвроижвыведение продуктов жизнедеятельности организма.

Заключение

1. Выявлено достоверное увеличение частоты генотипа Thr/Thr (38%) у людей с нормальным уровнем микробиоты (р=0,0005, х2=33,6825) и достоверное увеличение частоты генотипа Ala/Ala (53%) у людей с пониженным объёмом микробиоты (p=0,0005, х2=26,2852).

2. В результате SNP-анализа полиморфного варианта Ala54Thr гена FABP2 в выборке с нормальным и пониженным объёмом микробиоты выявлена подходящая модель наследования - лог-аддитивная модель.

3. Показано достоверное увеличение частоты генотипа Thr/Thr (38%) у лиц с пониженным объёмом микробиоты кишечника (p=0,0310, x2=4,6690) и достоверное увеличение частоты генотипа Met/Met (41%) в группе с нормальным объёмом микробиоты (p=0,0441, x2=4,0576).

4. В результате SNP-анализа полиморфного варианта Thr221Met гена PNLIP в выборке с нормальным и пониженным объёмом микробиоты выявлена подходящая модель наследования - лог-аддитивная модель.

5. При исследовании ассоциации аллелей двух генов с объемом микробиоты были выявлены достоверные различия в исследуемых выборках по полиморфизмам генов FABP2 и PNLIP в сочетании генотипов, гомозиготных по их непротективным аллелям Ala/Ala, Thr/Thr (p=0,0005, x2=18,7392),

6. Разработана логико-смысловая модель по результатам выпускной квалификационной работы.

Список литературы

1. Жуков Н. В. Диарея у пациентов, получающих цитостатическую терапию. Обзор литературы. Сопроводительная терапия в онкологии 2005; 3: 2-10.

2. Ильченко А. А.Холестероз желчного пузыря. — М.: ГЭОТАРМедиа, 2007. — 232 с.

3. Лоранская И. Д., Болдырева М. Н., Трофимов Д. Ю., Лав рентье ва О. А. Полостная и пристеночная микробиота прямой кишки при синдроме раздраженного кишечника. Фарматека. 2013; 18: 61-66

4. Маниатис Т., Фрич Э., Сэмбрук Дж. Молекулярное клонирование (Методы генетической инженерии). М. «Мир».1984. С. 220-228.

5. Мехтиев С. Н., Гриневич В. Б., Захаренко С. М. Дисбактериоз кишечника. Вопросы и ответы: учебно(методическое пособие. М.: ГОУ ВУНМЦ МЗиСР РФ 2006; 63.

+ еще 36 источников

Примечания

Оригинал в pdf