Кишечный микробиом также может играть роль в персонализированной медицине. nopparit/iStock через Getty Images Plus

Когда первые люди покинули Африку, они принесли с собой кишечные микробы. Оказывается, эти микробы также эволюционировали вместе с ними.

Ассоциация микробиом кишечника человека состоит из сотен и тысяч видов бактерий и археи. В пределах данного вида микробов разные штаммы несут разные гены, которые могут влияет на ваше здоровье и болезни, которым вы подвержены.

Там есть выраженная вариация в микробном составе и разнообразии микробиома кишечника у людей, проживающих в разных странах мира. Хотя исследователи начинают понимать, какие факторы влияют на состав микробиома, такие как диета, все еще существует ограниченное понимание того, почему разные группы имеют разные штаммы одних и тех же видов микробов в кишечнике.

Мы исследователи, изучающие микробная эволюция и microbiomes. Наши Недавно опубликованное исследование обнаружили, что микробы не только диверсифицировались со своими ранними современными человеческими хозяевами, когда они путешествовали по земному шару, но и следовали эволюции человека, ограничивая себя жизнью в кишечнике.

Микробиом кишечника играет ключевую роль во многих областях вашего здоровья.

У микробов общая эволюционная история с людьми

Мы выдвинули гипотезу, что по мере того, как люди расползались по земному шару и диверсифицировались генетически, то же происходило и с видами микробов в их кишках. Другими словами, кишечные микробы и их человеческие хозяева «содиверсифицировались» и развивались вместе — точно так же, как люди диверсифицировались так, что люди в Азии стали отличаться от людей в Европе, их микробиомы тоже изменились.

Чтобы оценить это, нам нужно было соединить данные о геноме человека и микробиоме людей со всего мира. Однако наборы данных, которые предоставляли как данные о микробиоме, так и информацию о геноме отдельных лиц, были ограничены, когда мы начали это исследование. Большинство общедоступных данных было из Северной Америки и Западной Европы, и нам нужны были данные, более репрезентативные для населения всего мира.

Поэтому наша исследовательская группа использовала существующие данные из Камеруна, Южной Кореи и Великобритании, а также дополнительно набрала матерей и их маленьких детей в Габоне, Вьетнаме и Германии. Мы собрали образцы слюны взрослых, чтобы установить их генотип или генетические характеристики, и образцы фекалий, чтобы секвенировать геномы их кишечных микробов.

Для нашего анализа мы использовали данные 839 взрослых и 386 детей. Чтобы оценить эволюционную историю человека и кишечных микробов, мы создали филогенетические деревья для каждого человека, а также для 59 штаммов наиболее часто встречающихся микробных видов.

Когда мы сравнили человеческие деревья с микробными деревьями, мы обнаружили градиент того, насколько хорошо они совпадают. Некоторые бактериальные деревья вообще не соответствовали человеческим деревьям, в то время как некоторые соответствовали очень хорошо, что указывает на то, что эти виды совместно диверсифицировались с людьми. Фактически, некоторые виды микробов участвовали в эволюционном путешествии на протяжении сотен тысяч лет.

 Эти два филогенетических дерева участников-людей (слева) и одного вида бактерий (справа) близко совпадают, что указывает на то, что они, вероятно, диверсифицировались вместе в ходе эволюции. Перепечатано с разрешения Suzuki et al., Science Volume 377, abm7759 (2022 г.), CC BY-NC-ND

Мы также обнаружили, что микробы, которые эволюционировали в тандеме с людьми, обладают уникальным набором генов и признаков по сравнению с микробами, которые не диверсифицировались вместе с людьми. Микробы, которые сотрудничали с людьми, имеют меньшие геномы и большую чувствительность к кислороду и температуре, в основном неспособные переносить условия ниже температуры человеческого тела.

Напротив, кишечные микробы с более слабыми связями с человеческой эволюцией имеют черты и гены, характерные для свободноживущих бактерий во внешней среде. Это открытие предполагает, что совместное разнообразие микробов очень сильно зависит от условий окружающей среды человеческого тела и должно быстро передаваться от одного человека к другому либо из поколения в поколение, либо между людьми, живущими в одних и тех же сообществах.

Подтверждая этот способ передачи, мы обнаружили, что у матерей и их детей в кишечнике были одни и те же штаммы микробов. Напротив, микробы, которые не были совместно диверсифицированы, с большей вероятностью выживали вне организма и могли более широко передаваться через воду и почву.

Кишечные микробы и персонализированная медицина

Наше открытие того, что кишечные микробы эволюционировали вместе с их человеческими хозяевами, предлагает еще один способ взглянуть на микробиом кишечника человека. Кишечные микробы передавались от людей от сотен до тысяч поколений, так что по мере того, как менялись люди, менялись и их кишечные микробы. В результате некоторые кишечные микробы ведут себя так, как будто они являются частью генома человека: они представляют собой наборы генов, которые передаются из поколения в поколение и являются общими для родственных особей.

Персонализированная медицина и генетическое тестирование начинают делать лечение более конкретным и эффективным для человека. Знание того, какие микробы имеют долгосрочные партнерские отношения с людьми, может помочь исследователям разработать методы лечения на основе микробиома, специфичные для каждой группы населения. Клиницисты уже используют пробиотики местного производства полученный из кишечных микробов членов сообщества для лечения недоедания.

Наши результаты также помогают ученым лучше понять, как микробы экологически и эволюционно переходят от «свободноживущих» в окружающей среде к зависимым от условий человеческого кишечника. Содиверсифицированные микробы имеют черты и гены напоминает бактериальных симбионтов которые живут внутри насекомых-хозяев. Эти общие черты предполагают, что другие животные-хозяева также могут иметь кишечные микробы, которые эволюционировали вместе с ними.

Уделение особого внимания микробам, которые имеют общую историю эволюции человека, может помочь лучше понять роль, которую они играют в благополучии человека.

Об авторах

Тайчи А. Судзуки, научный сотрудник с докторской степенью в области науки о микробиоме, Институт биологии Макса Планка и Рут Лей, директор отдела науки о микробиоме, Институт биологии Макса Планка

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

Похожие книги:

Тело ведет счет: мозг, разум и тело в исцелении травмы

Бессель ван дер Колк

Эта книга исследует связи между травмой и физическим и психическим здоровьем, предлагая идеи и стратегии для исцеления и восстановления.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа

Дыхание: новая наука об утерянном искусстве

Джеймс Нестор

Эта книга исследует науку и практику дыхания, предлагая идеи и методы для улучшения физического и психического здоровья.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа

Парадокс растений: скрытые опасности «здоровой» пищи, вызывающие болезни и увеличение веса

Стивен Р. Гандри

Эта книга исследует связи между диетой, здоровьем и болезнями, предлагая идеи и стратегии для улучшения общего состояния здоровья и хорошего самочувствия.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа

Код иммунитета: новая парадигма настоящего здоровья и радикального омоложения

Джоэл Грин

Эта книга предлагает новый взгляд на здоровье и иммунитет, опираясь на принципы эпигенетики и предлагая идеи и стратегии для оптимизации здоровья и старения.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа

Полное руководство по голоданию: исцелите свое тело с помощью прерывистого, чередующегося и длительного голодания

д-р Джейсон Фанг и Джимми Мур

Эта книга исследует науку и практику голодания, предлагая идеи и стратегии для улучшения общего состояния здоровья и хорошего самочувствия.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа