Mikrobiom jelitowy może również odgrywać rolę w medycynie spersonalizowanej. nopparit/iStock przez Getty Images Plus
Kiedy pierwsi ludzie wyprowadzili się z Afryki, zabrali ze sobą mikroby jelitowe. Okazuje się, że te mikroby również ewoluowały wraz z nimi.
Połączenia ludzki mikrobiom jelitowy składa się z setek do tysięcy gatunków bakterii i archaea. W obrębie danego gatunku drobnoustroju różne szczepy niosą różne geny, które mogą: wpływają na Twoje zdrowie i choroby, na które jesteś podatny.
Jest wyraźna zmienność w składzie drobnoustrojów i różnorodności mikrobiomu jelitowego ludzi żyjących w różnych krajach na całym świecie. Chociaż naukowcy zaczynają rozumieć, jakie czynniki wpływają na skład mikrobiomu, takie jak dieta, nadal nie ma wystarczającej wiedzy na temat tego, dlaczego różne grupy mają różne szczepy tego samego gatunku drobnoustrojów w swoich jelitach.
Jesteśmy badaczami, którzy studiują ewolucja mikrobiologiczna i mikrobiomy. Nasz Niedawno opublikowane badanie odkryli, że drobnoustroje nie tylko różnicowały się wraz ze swoimi wczesnymi współczesnymi ludzkimi żywicielami podczas podróży po całym świecie, ale podążały za ludzką ewolucją, ograniczając się do życia w jelitach.
Mikrobiom jelitowy odgrywa kluczową rolę w wielu obszarach Twojego zdrowia.
Mikroby dzielą historię ewolucyjną z ludźmi
Postawiliśmy hipotezę, że ludzie rozprzestrzenili się na całym świecie i zróżnicowali genetycznie, podobnie jak gatunki drobnoustrojów w ich jelitach. Innymi słowy, drobnoustroje jelitowe i ich gospodarze „współdywersyfikowali się” i ewoluowali razem – tak jak ludzie zróżnicowali się tak, że ludzie w Azji wyglądają inaczej niż ludzie w Europie, tak samo ich mikrobiomy.
Aby to ocenić, musieliśmy sparować dane dotyczące ludzkiego genomu i mikrobiomu pochodzące od ludzi z całego świata. Jednak zbiory danych, które dostarczyły zarówno danych mikrobiomu, jak i informacji o genomie dla osób, były ograniczone, gdy rozpoczęliśmy to badanie. Większość publicznie dostępnych danych pochodziła z Ameryki Północnej i Europy Zachodniej i potrzebowaliśmy danych, które byłyby bardziej reprezentatywne dla populacji na całym świecie.
Dlatego nasz zespół badawczy wykorzystał istniejące dane z Kamerunu, Korei Południowej i Wielkiej Brytanii, a dodatkowo zrekrutował matki i ich małe dzieci w Gabonie, Wietnamie i Niemczech. Pobraliśmy próbki śliny od dorosłych, aby ustalić ich genotyp lub cechy genetyczne, oraz próbki kału, aby zsekwencjonować genomy ich drobnoustrojów jelitowych.
Do naszej analizy wykorzystaliśmy dane od 839 dorosłych i 386 dzieci. Aby ocenić historię ewolucyjną ludzi i drobnoustrojów jelitowych, stworzyliśmy drzewa filogenetyczne dla każdej osoby, a także dla 59 szczepów najczęściej występujących gatunków drobnoustrojów.
Kiedy porównaliśmy ludzkie drzewa z drzewami drobnoustrojów, odkryliśmy gradient ich dopasowania. Niektóre drzewa bakteryjne w ogóle nie pasowały do ludzkich drzew, podczas gdy inne pasowały bardzo dobrze, co wskazuje, że gatunki te współróżnicowały się z ludźmi. W rzeczywistości niektóre gatunki drobnoustrojów uczestniczą w ewolucji od setek tysięcy lat.
Te dwa drzewa filogenetyczne ludzkich uczestników (po lewej) i jeden gatunek bakterii (po prawej) ściśle pasują do siebie, co wskazuje, że prawdopodobnie zróżnicowały się razem w toku ewolucji. Przedruk za zgodą Suzuki i wsp., Science Volume 377, abm7759 (2022), CC BY-NC-ND
Odkryliśmy również, że drobnoustroje, które ewoluowały wraz z ludźmi, mają unikalny zestaw genów i cech w porównaniu z drobnoustrojami, które nie różnicowały się wspólnie z ludźmi. Mikroby, które współpracowały z ludźmi, mają mniejsze genomy i większą wrażliwość na tlen i temperaturę, w większości niezdolne do tolerowania warunków poniżej temperatury ciała człowieka.
Natomiast drobnoustroje jelitowe słabiej związane z ewolucją człowieka mają cechy i geny charakterystyczne dla wolno żyjących bakterii w środowisku zewnętrznym. To odkrycie sugeruje, że współdywersyfikowane drobnoustroje są w dużym stopniu zależne od warunków środowiskowych organizmu ludzkiego i muszą być szybko przenoszone z jednej osoby na drugą, albo przekazywane z pokolenia na pokolenie, albo między ludźmi żyjącymi w tych samych społecznościach.
Potwierdzając ten sposób transmisji, odkryliśmy, że matki i ich dzieci miały w jelitach te same szczepy drobnoustrojów. W przeciwieństwie do tego drobnoustroje, które nie były współdywersyfikowane, miały większe szanse na przetrwanie daleko poza organizmem i mogą być szerzej przenoszone przez wodę i glebę.
Mikroby jelitowe i spersonalizowana medycyna
Nasze odkrycie, że drobnoustroje jelitowe ewoluowały wraz ze swoimi ludzkimi gospodarzami, oferuje inny sposób spojrzenia na ludzki mikrobiom jelitowy. Mikroby jelitowe przechodzą między ludźmi przez setki, a nawet tysiące pokoleń, tak że wraz ze zmianami ludzi, zmieniły się także ich mikroby jelitowe. W rezultacie niektóre drobnoustroje jelitowe zachowują się tak, jakby były częścią ludzkiego genomu: są pakietami genów przekazywanych z pokolenia na pokolenie i dzielonych przez spokrewnione osoby.
Medycyna spersonalizowana a testy genetyczne zaczynają czynić terapie bardziej specyficznymi i skutecznymi dla danej osoby. Wiedza o tym, które drobnoustroje nawiązały długoterminowe relacje z ludźmi, może pomóc naukowcom w opracowaniu terapii opartych na mikrobiomach, specyficznych dla każdej populacji. Lekarze już korzystają probiotyki pozyskiwane lokalnie pochodzą z drobnoustrojów jelitowych członków społeczności w leczeniu niedożywienia.
Nasze odkrycia pomagają również naukowcom lepiej zrozumieć, w jaki sposób drobnoustroje przechodzą ekologicznie i ewolucyjnie od „wolno żyjących” w środowisku do zależnych od warunków jelitowych człowieka. Mikroby współzróżnicowane mają cechy i geny przypomina bakteryjne symbionty które żyją w żywicielach owadów. Te wspólne cechy sugerują, że inni gospodarze zwierzęcy mogą również mieć drobnoustroje jelitowe, które zróżnicowały się wraz z nimi w trakcie ewolucji.
Zwrócenie szczególnej uwagi na drobnoustroje, które mają wspólną historię ewolucyjną człowieka, może pomóc w lepszym zrozumieniu roli, jaką odgrywają w ludzkim dobrobycie.
O Autorach
Taichi A.Suzuki, staż podoktorski w dziedzinie mikrobiomu, Instytut Biologii im. Maxa Plancka i Ruth Ley, Dyrektor, Zakład Mikrobiomologii, Instytut Biologii im. Maxa Plancka
Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.
Powiązane książki:
Ciało utrzymuje wynik: mózg, umysł i ciało w leczeniu traumy
przez Bessela van der Kolka
Ta książka bada powiązania między traumą a zdrowiem fizycznym i psychicznym, oferując spostrzeżenia i strategie leczenia i powrotu do zdrowia.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
Oddech: nowa nauka o utraconej sztuce
przez Jamesa Nestora
Ta książka bada naukę i praktykę oddychania, oferując spostrzeżenia i techniki poprawy zdrowia fizycznego i psychicznego.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
Paradoks roślin: ukryte zagrożenia w „zdrowej” żywności, które powodują choroby i przyrost masy ciała
przez Stevena R. Gundry'ego
Ta książka bada powiązania między dietą, zdrowiem i chorobami, oferując spostrzeżenia i strategie poprawy ogólnego stanu zdrowia i dobrego samopoczucia.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
Kod odpornościowy: nowy paradygmat prawdziwego zdrowia i radykalnego przeciwdziałania starzeniu się
autorstwa Joela Greene'a
Ta książka oferuje nowe spojrzenie na zdrowie i odporność, opierając się na zasadach epigenetyki i oferując spostrzeżenia i strategie optymalizacji zdrowia i starzenia się.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
Kompletny przewodnik po poście: uzdrawiaj swoje ciało poprzez post przerywany, co drugi dzień i przedłużony
autorstwa dr Jasona Funga i Jimmy'ego Moore'a
Ta książka bada naukę i praktykę postu, oferując spostrzeżenia i strategie poprawy ogólnego stanu zdrowia i dobrego samopoczucia.
