Znanstvenici otkrivaju dramatične razlike između drevnih crijevnih mikrobioma i modernih mikroba

Uspjeli smo identificirati specifične mikrobe i mikrobne proizvode za koje smatramo da ometaju pravilno imunološko obrazovanje u ranom životu, To kasnije dovodi do većih incidenata ne samo dijabetesa tipa 1, ali druge autoimune i alergijske bolesti. "

Aleksandar Kostić, Doktor znanosti, Viši autor

Pa kako bi izgledao zdrav ljudski mikrobiom prije učinaka industrijalizacije? "Uvjeren sam da na to pitanje ne možete odgovoriti ni sa jednim modernim živim ljudima, "kaže Kostić, koji ističe da čak i plemena u iznimno udaljenim regijama Amazone zaražavaju Covid-19.

Steven LeBlanc, arheolog koji je ranije radio s Harvardskim muzejom arheologije i etnologije Peabody, došao je u Kostić s dramatičnim alternativnim izvorom:mikrobna DNA pronađena u uzorcima paleofecesa ljudi koje su muzeji prikupili iz sušnog okruženja na sjeveroameričkom jugozapadu.

Kostić i apsolventica Marsha Wibowo prihvatili su se izazova, konačno uspoređujući DNK iz osam iznimno dobro očuvanih uzoraka drevnih crijeva iz suhih špilja (neki datirani još u prvom stoljeću sadašnje ere) s DNK u 789 modernih uzoraka. Nešto više od polovice modernih uzoraka bilo je od ljudi na industrijaliziranoj "zapadnjačkoj" dijeti, a ostatak od ljudi koji su konzumirali neindustrijaliziranu hranu (uzgajanu uglavnom u vlastitim zajednicama).

Razlike između populacija mikrobioma bile su upadljive. Na primjer, bakterija poznata kao Treponema succinifaciens "nema ni u jednom zapadnom mikrobiomu koji smo analizirali, ali nalazi se u svakom pojedinom od osam drevnih mikrobioma, "Kostić kaže. Drevni mikrobiomi su se doista više slagali sa suvremenim neindustrijskim mikrobiomima.

Zapanjujuće, Wibowo je otkrio da gotovo 40% drevnih mikrobnih vrsta nikada prije nije viđeno. Što bi moglo objasniti ovu veliku genetsku varijabilnost?

"U starim kulturama, hrana koju jedete vrlo je raznolika i može podržati eklektičniju skupinu mikroba, "Kostić nagađa." No kako se krećete prema industrijalizaciji i sve većoj prehrani u trgovinama, gubite puno hranjivih tvari koje pomažu u podržavanju raznolikih mikrobioma. "

Drevni mikrobiomi također su imali relativno veći broj od modernih industrijskih mikrobioma transpozaza (transponiranih elemenata DNK sekvenci koji mogu promijeniti lokaciju u genomu).

"Mislimo da bi ovo mogla biti strategija prilagođavanja mikroba u okruženju koje se mijenja mnogo više od modernog industrijaliziranog mikrobioma, gdje jedemo iste stvari i živimo isti život više ili manje tijekom cijele godine, "Kostić kaže." Budući da u tradicionalnijem okruženju, stvari se mijenjaju i mikrobi se moraju prilagoditi. Mogli bi iskoristiti ovu mnogo veću zbirku transpoza za hvatanje i prikupljanje gena koji će im pomoći da se prilagode različitim okruženjima. "

Štoviše, drevna mikrobna populacija uključivala je manje gena povezanih s rezistencijom na antibiotike. Drevni uzorci također su imali manji broj gena koji proizvode proteine ​​koji razgrađuju sloj crijevne sluzi, koja tada može izazvati upalu povezanu s raznim bolestima.

Dodatno, rad bi mogao rasvijetliti znanstvenu kontroverzu o tome prenose li se populacije crijevnih mikroba okomito s generacije na generaciju ljudi, ili se razvijaju prvenstveno iz okruženja.

Gledajući lozu uobičajenih bakterija Methanobrevibacter smithii u drevnim uzorcima, otkrili su da je njegova evolucija u skladu sa zajedničkim predačkim sojevima koji datiraju otprilike kada su ljudi prvi put migrirali preko Beringovog tjesnaca u Sjevernu Ameriku. "Ti mikrobi, baš kao i naši vlastiti genomi, putovali s nama, “, Kaže Kostić.

Istraživački projekt započeo je potrebom da se identificiraju nezagađeni uzorci ljudskih paleofecesa koji su sačuvani u neobično dobrom stanju. "Kad smo rekonstruirali te gene, pokušali smo biti vrlo konzervativni, "Kaže Wibowo.

Osim datiranja ugljikom-14, znanstvenici su upotrijebili analize prehrane i druge metode kako bi potvrdili da su odabrani uzorci doista ljudi i da nisu zagađeni tlom ili drugim životinjama, poput pasa, ona kaže. Istražitelji su također potvrdili da odabrani uzorci pokazuju obrasce raspadanja za koje je poznato da sva DNK pokazuje tijekom vremena.

Tim je izveo daleko dublje sekvenciranje DNK od onoga što je postignuto u prethodnim naporima, najmanje 100 milijuna čitanja, s 400 milijuna očitavanja DNK za jedan uzorak.

Jedan suradnik, antropolog Meradeth Snow, Doktor znanosti, sa Sveučilišta Montana u Missouli, vodio je inicijativu za dobivanje perspektive o radu od domorodačkih zajednica Indijanaca u jugozapadnoj regiji. "Cijenimo i cijenimo one pojedince čija je genetika i mikrobi analizirani za ovo istraživanje, kao i današnji pojedinci s povezanim genetskim ili kulturnim naslijeđem, "naglašava studija.

Istraživači planiraju proširiti svoje studije na mnoge druge uzorke starih mikrobioma, s ciljem otkrivanja novih mikrobnih vrsta i pokušavajući predvidjeti njihove metaboličke funkcije. Kostića zaintrigira mogućnost oživljavanja ovih drevnih mikroba u laboratoriju, umetanjem drevnih genoma u najbliže žive vrste bakterija. "Ako ih možemo uzgajati u laboratoriju, možemo puno razumjeti fiziologiju ovih mikroba, puno bolje, " on kaže.

LeBlanc je pomogao istražiteljima Joslina okupljenim suradnicima, na kraju regrutiran iz desetak institucija. Među ključnim doprinosima, Montanov dr. Snow vodio je ekstrakciju i pripremu drevne DNK, i Christina Warinner s Harvarda, Doktor znanosti, ponudila svoju stručnost o drevnom ljudskom mikrobiomu. "Bilo je nevjerojatno naučiti od svih ovih briljantnih suradnika, "Wibowo kaže." Zaista je potrebno selo. "

• Da li naljepnice na komercijalnim proizvodima od kefira ispravno prijavljuju mikrobiološku razinu?
• Studija:Bakterijska kolonizacija utrobe dojenčadi ne događa se prije rođenja