Het ontdekken van de menselijke geschiedenis van maag bacteriën

Het ontdekken van de menselijke geschiedenis van maag bacteriën
De abstracte Recente analyses van humane pathogenen is gebleken dat hun evolutionaire geschiedenis zijn congruent met de hypothese patroon van oude en moderne bevolking migraties mens. Fylogenetische bomen van stammen van de bacterie Helicobacter pylori Kopen en de polyoma JC virus uit geografisch diverse groep van mensen correleren nauw met relaties van de populatie waarin ze worden aangetroffen.
Charles Darwin erkend dat de verdeling en vorm van parasieten was evolutionair significant. Hij merkte bijvoorbeeld dat "... het Pediculi [luizen] opgevangen in verschillende landen verschillende mensenrassen ... verschillen niet alleen in kleur, maar de structuur van hun klauwen en ledematen. In elk geval waarin veel monsters werden verkregen waren de verschillen constant "[1]. Meer recent zijn verschillende onderzoeksgroepen [2-7] interessante correlaties tussen de evolutionaire relaties tussen verschillende bacteriële en virale stammen georganiseerd door mensen en het patroon van de migraties van de moderne mens over de hele wereld gevonden.
Een bijzonder interessant geval is dat van helicobacter pylori
, een Gram-negatieve bacterie geassocieerd met gastritis, maagzweren en maagkanker die tot kunnen infecteren de helft van alle mensen [8]. De ontdekking dat een bacteriële infectie kan leiden tot wat beschouwd werd als chronische ziekten [8] is een treffend voorbeeld dat infectieziekten nog niet zijn overwonnen. De aanhoudende acquired immune deficiency syndrome (AIDS) epidemische uitbraken van Ebola in Centraal-Afrika, en de huidige verspreiding van het West-Nijl virus in de Verenigde Staten en van het Severe Acute Respiratory Syndrome (SARS) uit Azië leveren het bewijs van de alomtegenwoordigheid en de gevolgen voor de gezondheid van infectieuze middelen, zelfs in de leeftijd van vaccinatie en antibacteriële en antivirale therapieën. Veel infectieziekten wordt gedacht gelijktijdig te zijn ontstaan ​​met de ontwikkeling van de landbouw en de opkomst van stedelijk wonen. Als, in plaats daarvan, relaties veel ziekteverwekkers 'met de mensen veel ouder zijn, zou het niet verrassend om dieper evolutionaire associaties tussen mensen en hun microbiële en virale indringers te vinden. Ondernemingen De evolutionaire geschiedenis van H. pylori
kan een voorbeeld te bieden van de co-evolutie van een bacterie en de enige bekende gastheer. De H. pylori
genoom is relatief klein 1,67 megabasen, met een minimale complement van metabole genen [9]. Variatie tussen H. pylori
isolaten van verschillende mensen of zelfs van de ene persoon is groot, wat leidt tot unieke vingerafdrukken voor bijna elk isolaat dusver getypt. De coderende genen geen grote verscheidenheid echter: de meeste variatie optreedt in de derde basispositie in codons of via inversies of translo-kationen, waarbij de gecodeerde aminozuursequenties meer vergelijkbaar [2]. Deze conservering aminozuursequentie Gelukkig voor vaccinonderzoek, als een vaccin zal waarschijnlijk effectief op vele stammen zijn. Meer interessant is dat H. pylori
heeft een extreem hoge mate van recombinatie, hoger zelfs dan die van elke andere organismen kenmerk actueel [3, 10].
Gewoonlijk zo'n hoge mate van recombinatie maak afleiden evolutionaire geschiedenis van een organisme moeilijk, ook informatie over de herkomst van elk mutatie verloren zou gaan omdat het zich verspreidt door een populatie. Maar in combinatie met de wijze van overdracht van H. pylori
, deze uiterst hoge mate van recombinatie kan in feite maken evolutionaire gevolgtrekkingen gemakkelijker. Verschillende studies suggereren sterk dat H. pylori
meestal wordt overgedragen binnen families, in het algemeen van moeder op kind [11, 12]. Zo is de overdracht van H. pylori
in sommige opzichten nabootst die van de moeder overgedragen mitochondriaal DNA [13]. Omdat mitochondriale DNA uitsluitend overgedragen van één ouder (moeder) en niet recombineren, heeft het bleek een ideaal genetisch systeem worden afgeleid menselijke evolutionaire geschiedenis (zie hieronder) [14, 15]. Als H. pylori
inderdaad voornamelijk de moeder overgedragen, nieuwe stammen zullen over het algemeen niet een persoon besmetten tijdens hun leven; samen met de hoge mate van recombinatie, zou dit betekenen dat de mutaties die zich ophopen in de populatie van bacteriën in de maag van een individu betrekkelijk homogeen is. Dit moet resulteren in een zwerm stammen die zeer nauw verwant aan elkaar gemaakt met vele mutaties die hebben plaatsgevonden in individuele bacteriën. Zwermen gevonden in verschillende mensen zullen dus meer van elkaar verschillen dan wanneer er minder recombinatie zijn.
Meeste besmettelijke ziekten verspreidde zich snel over de hele wereld en stammen uit verschillende regio's zijn relatief vergelijkbaar, maar eerste bemonstering van H. pylori
van mensen uit verschillende regio's van de wereld bleek vrij sterke geografische verdeling in de Europese en Aziatische H. pylori
types [2-4]. Onlangs, Falush en collega's [5] hebben deze verdeling onderzocht in meer detail. Na het sequencen van acht genen - een totaal van 3850 nucleotiden - in 370 stammen afkomstig van 27 menselijke populaties, vonden ze 1.418 polymorfe nucleotide posities. Vervolgens brachten ze een nieuwe analytische tool-structuur [16], dat werd ontwikkeld voor de menselijke genetische structuur afleiden uit multilocus genotype data. Het programma gebruikt Bayesiaanse methoden om subgroepen te identificeren met onderscheidende allelfrequenties en clusters van de subgroepen, zelfs in aanwezigheid van recombinatie [16]. Bij deze techniek werd toegepast op de H. pylori
sequenties, werden vier clusters gevonden - twee Afrikaanse en een uit Europa en Azië (figuur 1a) [5]. Figuur 1 De relatie tussen menselijke populaties, zoals berekend uit H. pylori, vond in de magen en van mitochondriaal DNA-gegevens. (A) Relaties tussen moderne subpopulaties van H. pylori
[5]. Elke subpopulatie wordt weergegeven door een cirkel met een diameter evenredig met de genetische diversiteit daarin. De middelpunten van de cirkels verbonden door een fylogenetische boom toont de relatie tussen de vier subpopulaties. Bacteriën in elke subpopulatie worden vooral aangetroffen bij mensen die afkomstig zijn uit de getoonde regio's. (B) Een populatie-niveau phylogenetic boom van de H. pylori
geografische subpopulaties getoond in (a). (C) een mediaan-verbinding netwerk van menselijke populaties afgeleid van mitochondriaal DNA [14]. Een dergelijk netwerk geeft alternatieve mogelijke evolutionaire relaties tussen clusters. Elke cirkel stelt een cluster van mitochondriale types met een diameter evenredig met de frequentie van dat type in de subpopulaties. Alle niet-Afrikaanse populaties zijn afgeleid van één Nederlandse afkomst; het netwerk van relaties binnen deze lijn wordt vergroot (boven). (A, b) Aangepast van [5]; (C) bewerking van [14]
Elke cluster gevonden Falush en collega's [5] kan worden onderverdeeld in subgroepen.; Zo zou de 'Africa 1' cluster verder worden onderverdeeld in West- en Zuid-Afrikaanse subclusters, en de Oost-Azië cluster kan worden opgesplitst in Oost-Azië, Amerind en Maori subclusters. De geografische verdeling in de 200 Europese stammen was bijzonder ingewikkeld, vermoedelijk omdat talrijke groepen heen en weer over Europa in de afgelopen paar millennia hebben geveegd. Europese stammen ook af en toe verscheen in Amerika, Australië, en tussen de Zuid-Afrikanen, vermoedelijk als gevolg van koloniale verovering. Ondernemingen De fylogenetische relaties van deze clusters (figuur 1b) en hun onderverdelingen [5] blijkt een patroon vergelijkbaar met die verkregen met behulp van mitochondriaal DNA variant (Figuur 1c) [14, 15]. De moderne menselijke genenpoel, zoals afgeleid uit mitochondriaal DNA en bevestigd door Y-chromosoom studies, wordt gedacht dat een Afrikaanse origine ongeveer 150,000-200,000 jaar geleden te hebben gehad [14, 15, 17, 18]. De oorspronkelijke menselijke bevolking vervolgens verspreid en gediversifieerd in Afrika voor bijna 100.000 jaar, alvorens uit te breiden naar West-Azië en Europa en in Zuid- en Oost-Azië ongeveer 50.000-60.000 jaar geleden, ter vervanging van het bestaande archaïsche populaties van de mens in deze regio's. Latere migraties verspreid in Australië door 40.000 jaar geleden, dan naar de Pacific Islands, en later in Noord-Amerika, ongeveer 15.000 jaar geleden (figuur 2) [14, 15, 17, 18]. De opmerkelijke gelijkenis tussen deze opvatting van de menselijke geschiedenis en de resultaten van de studies van H. pylori
hebben geleid Falush en collega's [5] en anderen [2] om te concluderen dat H. pylori
evolutie van het pad heeft gevolgd van de moderne mens expansie en migratie. Dit werk verschaft derhalve een ander type gegevens voor de analyse van menselijke evolutie en migratie, onafhankelijk van mitochondriaal DNA en Y chromosomen zijn van waarde in verdere studies zal zijn. Helaas schatten de datering van H. pylori
is bijzonder moeilijk wegens de zeer hoge mate van recombinatie [10]. Extra bemonstering en analytische technieken kan nodig zijn om de trekkende hypothese verder te testen. Figuur 2 een kaart van het patroon van expansie en migratie van de moderne mens wereldwijd, op basis van studies van mitochondriaal DNA en Y chromosomen [14, 15, 17, 18]. Nummers geven de geschatte tijd (jaren voordat deze) bij moderne mens eerst in het aangegeven gebied.
Andere pathogenen zijn ook voorgesteld evolutionaire geschiedenis Soortgelijke hun gastheren volgen. Een van de meest interessante voorbeelden, maar met een niet-menselijke gastheer, is die van bladluizen, een bacterie gevonden in hen, en twee plasmiden verband met de bacterie. Funk et al.
[19] vonden dat de afgeleide intraspecifrc fylogenieën van deze vier genomen waren volledig congruent. Terugkerend naar menselijke ziekteverwekkers, kan de menselijke polyomavirus JC-virus (JCV) worden onderverdeeld in genotypes die overeenkomen met grote continentale landmassa's [6]. Zoals H. pylori
, JCV - die progressieve multifocale leuko-encefalopathie (verlies van myelinisatie in het centrale zenuwstelsel) kan veroorzaken - is wijdverbreid bij de mens als gevolg van familiale transmissie. Een totaal van 12 bekende subtypes zijn gedefinieerd, met de Europese, Afrikaanse en Aziatische distributies [7]. Hoewel de directe gevolgtrekkingen van een Afrikaanse oorsprong voor JCV zijn problematisch, omdat er geen geschikte outgroup waarmee de fylogenetische boomwortel, toen een Afrikaanse oorsprong wordt aangenomen, een redelijke evolutionaire geschiedenis kan worden verondersteld (figuur 3) [7]. Net als bij H. pylori
, afleiden moleculaire divergentie datum is op dit moment problematisch voor JCV. Nader onderzoek naar de evolutionaire geschiedenis van deze menselijke pathogenen is daarom noodzakelijk. Figuur 3 Relationships menselijke JC polyoma virus (JCV) subtypen gevonden bij mensen uit verschillende delen van de wereld [7]. Letters verwijzen naar individuele subtypen. (A) De hypothese verspreidingsgedrag van JCV subtypes door de wereld (met uitzondering van de Amerika's); (B) een afgeleide fylogenie van JCV subtypen, uitgaande van een Afrikaanse oorsprong van het virus. Aangepast van [7].
Het ophelderen van de patronen van de evolutie van de menselijke pathogenen kan uiteindelijk bieden aanvullend bewijs niet alleen over hun geschiedenis, maar ook over de menselijke evolutie en geschiedenis. Dit zal vooral het geval voor pathogenen zoals H. pylori
dat een overwegend moeder-kind wijze van verzending te hebben, het nabootsen van mitochondriaal DNA evolutie. H. pylori
's oorzakelijke rol in een aantal chronische aandoeningen maag is slechts een van de vele actuele voorbeelden van de bekende of vermoedelijke rol van een besmettelijke agent leidt tot chronische ziekten. Bacteriën wordt vermoed dat ze betrokken zijn bij de ontwikkeling van atherosclerose, beroerte, de ziekte van Crohn, terwijl virussen is bekend dat tot AIDS en de verschillende vormen van chronische hepatitis. Cervicale kanker, hepatocellulair carcinoom, Burkitt's lymfoom, Kaposi's sarcoom, en misschien diabetes mellitus zijn eveneens ofwel bekend of vermoed virale oorsprong. Als sommige van de alomtegenwoordige chronische aandoeningen blijken te zijn van bacteriële of virale oorsprong, wereldwijd onderzoek van deze pathogenen in menselijke populaties worden onmiddellijk uitgevoerd, zodat de kennis over de evolutie en verscheidenheid van deze pathogenen in het onderzoek programma's worden opgenomen verbeteren de voorwaarden die ze veroorzaken.

• Vergelijking van de planten die voor huid- en maagproblemen in Trinidad en Tobago met Aziatische ethnomedicine
• Identificatie van DNA methylatie veranderingen geassocieerd met menselijke maag cancer