Diversiteit onder Afrikaanse plattelandsbewoners strekt zich uit tot hun darmmicrobioom

Onderzoek van de Perelman School of Medicine en School of Arts and Sciences wees op een rol voor levensstijl, geografie, en genetica, met in sommige gevallen verrassende overeenkomsten met de Amerikaanse bevolking

Ons microbioom, de complexe gemeenschap van bacteriën, schimmels, parasieten, en andere micro-organismen in en op ons lichaam, weerspiegelt de manier waarop we leven. Als we een huisdier hebben, we delen waarschijnlijk microben met hen. Als we vlees eten, het microbioom in onze darmen kan er anders uitzien dan dat van een veganist.

In een groeiend onderzoeksgebied om te bepalen hoe we de microben die we in ons dragen verwerven en hun invloed op onze gezondheid, de meeste analyses zijn gericht op mensen die in ontwikkelde landen wonen. Maar de laatste jaren, wetenschappers zijn begonnen te onderzoeken of mensen in niet-geïndustrialiseerde samenlevingen duidelijk verschillende microbiomen hebben en, als, welke factoren bepalen die verschillen.

Een nieuw rapport, gepubliceerd in het tijdschrift Genoombiologie , heeft aanzienlijke vooruitgang geboekt bij het beantwoorden van deze vragen. Onder leiding van een team van genetici van de Universiteit van Pennsylvania, in samenwerking met onderzoekers uit Tanzania, Botswana, en de National Institutes of Health, de studie is een van de grootste tot nu toe om de darmmicrobiomen van etnisch diverse Afrikanen te analyseren, met monsters van 114 Botswaanse en Tanzaniaanse mensen uit zeven populaties, evenals een vergelijkingsgroep uit de Verenigde Staten.

De resultaten wijzen op het brede scala aan microbioomprofielen over populaties, die een verscheidenheid aan verschillende levensstijlen beoefenen, van agropastoralist tot herder tot jager-verzamelaar. De omvang van de verschillen is vergelijkbaar met de verschillen tussen geïndustrialiseerde en niet-geïndustrialiseerde bevolkingsgroepen. Toch waren de onderzoekers ook geïntrigeerd door onverwachte overeenkomsten tussen groepen.

“Toen we hiermee begonnen, " zegt geneticus Sarah Tishkoff, een Penn Integrates Knoweldge Professor bij Penn en senior auteur, "Mijn hypothese was dat voeding de drijvende factor zou zijn bij het onderscheiden van het microbioom van deze diverse populaties. Mijn grootste verrassing was dat dat niet het geval was."

In feite, een subset van de monsters van Bantoe-sprekende mensen die in boerengemeenschappen in Botswana woonden, waren bijna niet te onderscheiden van die verzameld van mensen die in de omgeving van Philadelphia woonden, monsters verzameld door studie co-auteur Frederick Bushman, een microbioloog aan de Penn's Perelman School of Medicine.

"De bacteriële samenstelling van sommige agropastoralisten in Botswana was opvallend vergelijkbaar met het Amerikaanse cohort, " zegt Matthew Hansen, een wetenschapper in het laboratorium van Tishkoff en co-hoofdauteur van het papier. "Dit zijn landelijke groepen; ze hebben een heel andere levensstijl, maar een of andere factor geeft hen een zeer vergelijkbare microbiota als gezonde inwoners van Philadelphia."

Bij eerdere pogingen om de darmmicrobiomen van Afrikaanse plattelandsbewoners te onderzoeken, werd een enkele Afrikaanse populatie doorgaans vergeleken met een of meer populaties uit geïndustrialiseerde landen. Deze eerdere onderzoeken wezen op verschillen tussen groepen; bijvoorbeeld, een vergelijking van darmmicrobioom tussen Italianen en Hadza-jagers-verzamelaars in Tanzania identificeerde verschillende groepen bacteriën die aanwezig zijn in de Hadza die niet eerder waren geïdentificeerd in populaties van westerlingen.

Maar om een ​​meer genuanceerd begrip te krijgen van de factoren die van invloed zijn op de microbiële diversiteit in landelijke Afrikanen, Het team van Tishkoff verzamelde monsters van zeven verafgelegen Afrikaanse populaties. Uit Tanzania:Hadza-jagers-verzamelaars, Maasai veehoeders, Sandawe agropastoralisten, die tot het einde van de 19e eeuw jager-verzamelaars waren, en Burunge agropastoralisten. En uit Botswana:San jager-verzamelaars, Bantoesprekende Herero-herders, en verschillende groepen Bantoe-sprekende agropastoralisten.

Het verzamelen van de gegevens, waarvoor inwoners van afgelegen dorpen moesten worden gevraagd om fecale monsters aan de wetenschappers te verstrekken, was zeker geen eenvoudig proces. Alessia Ranciaro, die hielpen bij het leiden van de inspanningen voor het verzamelen van gegevens voor het werk, zegt dat zij en collega's uit vroege ervaringen hebben geleerd hoe ze door culturele en logistieke hindernissen kunnen navigeren om het proces voor zowel de deelnemers als de wetenschappers soepeler te laten verlopen.

De onderzoekers haalden DNA uit de monsters en bepaalden een deel van het 16S ribosomale RNA-gen, veel gebruikt in microbioomstudies om bacteriën te helpen identificeren en vergelijken.

"De analyse stelt je in staat om bacteriën in een monster in veel gevallen tot op genusniveau te classificeren, " zegt Meagan Rubel, een promovendus in het laboratorium van Tishkoff die het werk leidde. "Maar in de voorbeelddatabases die we gebruiken, de bacteriën zijn geclassificeerd op basis van geïndustrialiseerde of westerse groepen, dus mensen met deze traditionele levensstijl kunnen bacteriën hebben die we nog nooit eerder hebben gezien."

Uit de resultaten die ze konden halen, Er ontstonden al snel brede patronen. Opmerkelijk, de Botswaanse monsters verschilden van de Tanzaniaanse. De darmmicrobiomen van Tanzaniaanse populaties hadden meestal een hoger aantal microben in elk monster, en individuen hadden de neiging om vergelijkbare microbiële profielen te delen. In Botswana, anderzijds, monsters hadden over het algemeen minder microbiële soorten, en de microbiomen van individuen hadden de neiging om meer van elkaar te verschillen. Het laatste patroon was ook aanwezig in de Amerikaanse monsters.

Hoewel de analyse niet wees op een "rokend pistool" dat dit resultaat verklaarde, de onderzoekers veronderstellen dat de redenen verband houden met Botswana's vergelijkende nationale rijkdom en toegang tot medische zorg.

"Botswana heeft diamanten en is relatief rijk, " zegt Tishkoff. "Ze hebben een gratis medisch systeem en een gratis onderwijssysteem, dat is heel anders dan Tanzania."

"Je kunt je voorstellen dat binnen het spectrum van heel verschillende groepen in Afrikaanse landen, " zegt Rube, "Er zijn groepen die deze zachte maatregelen van industrialisatie ondergaan, die van alles kunnen zijn, van verhoogde toegang tot klinische zorg tot verschillende soorten voedsel. Het gebruik van antibiotica is iets dat het darmmicrobioom echt kan veranderen, dus mensen die daar meer toegang toe hebben, zien mogelijk duidelijke verschuivingen in hun microbioom."

Dergelijke verschuivingen kunnen de overeenkomsten tussen Botswana en Amerikaanse monsters helpen verklaren, hoewel de onderzoekers zeggen dat er meer werk moet worden gedaan om te bevestigen dat dit het geval is.

Algemeen, echter, grote verschillen in het darmmicrobioom waren duidelijk zichtbaar tussen de VS en de meeste Afrikanen. Binnen Afrika, de frequentie van sommige bacteriële groepen zou populaties kunnen onderscheiden op basis van etniciteit en levensstijl. Bijvoorbeeld, de twee jager-verzamelaarspopulaties, de San en de Hadza, bezat verschillende patronen van darmbacteriën in vergelijking met pastoralistische of agropastoralistische groepen. In aanvulling, in de Maasai- en Hadza-bevolking, twee groepen waarin de arbeidsverdeling tussen mannen en vrouwen bijzonder extreem is, de onderzoekers vonden significante sekseverschillen in de microbiomen die ze analyseerden.

Om meer te begrijpen over wat de bacteriën in de darm eigenlijk aan het doen waren, de onderzoekers zochten naar moleculaire routes die overvloedig aanwezig waren in de verschillende microbiële soorten in een bepaald monster. In de Amerikaanse monsters, ze identificeerden routes die betrokken zijn bij het afbreken van milieuverontreinigende stoffen, zoals bisfenol, waaronder bisfenol A, beter bekend als "de gevreesde BPA in kunststoffen, " zegt Rube, evenals DDT, het insecticide dat verantwoordelijk is voor het dunner worden van de eierschalen van vogels en dat sinds de jaren zeventig in de VS is verboden.

Ze vonden ook bewijs van DDT-afbraakroutes in de monsters uit Botswana, een land dat de chemische stof is blijven gebruiken om muggen te bestrijden die verantwoordelijk zijn voor overdraagbare ziekten zoals malaria.

De bevindingen roepen een aantal interessante vragen op, waarop de onderzoekers in de toekomst meer licht hopen te werpen met aanvullende analyses en grondige genetische en genomische sequencing. Ze onderzoeken de monsters ook verder om te zien of de aanwezigheid van gastro-intestinale pathogenen een primaire rol kan spelen bij het beïnvloeden van de darmmicrobiota van mensen in gebieden waar dergelijke infecties veel voorkomen.

"Ons werk breidt een groeiend verhaal uit, " zegt Rube, "waar microbioomtrends lijken te volgen met het niveau van industrialisatie tussen populaties."

De wetenschappers merken op dat zelfs deze afgelegen Afrikaanse populaties niet statisch zijn in hun levensstijl; ontwikkeling en de invloeden ervan op het milieu en traditionele levensstijlen kunnen zich manifesteren in veranderende microbioompatronen.

"Wat geweldig zou zijn om te doen, is een longitudinaal onderzoek van sommige van deze groepen, ", zegt Hansen. "In de komende 20 jaar zullen hun leven zal zeker snel veranderen, en het zou interessant zijn om te zien of we een verschuiving in het microbioom vinden als deze leefstijlfactoren veranderen."

• Fecale transplantatie van bepaalde donoren beter dan andere
• Studie beschrijft voor het eerst het metabolisme van de darmmicrobiota bij baby's