Ученые обнаружили резкие различия между микробиомами древнего кишечника и современными микробами.

Ученые быстро собирают доказательства того, что варианты микробиомов кишечника, скопления бактерий и других микробов в нашей пищеварительной системе, может играть вредную роль при диабете и других заболеваниях. Ученые из Диабетического центра Джослин обнаружили резкие различия между микробиомами кишечника древних народов Северной Америки и современными микробиомами. предлагая новые доказательства того, как эти микробы могут развиваться при различных диетах.

Ученые проанализировали микробную ДНК, обнаруженную в палеофекалиях коренных народов (иссушенные экскременты) из необычно сухих пещер в Юте и северной Мексике с чрезвычайно высокими уровнями геномного секвенирования. говорит помощник следователя Джослин Александр Костич, Кандидат наук, старший автор Природа документ, представляющий работу.

Проведение геномного анализа шире и глубже, чем в предыдущих исследованиях микробиомов кишечника древнего человека, исследование было первым, чтобы выявить новые виды микробов в образцах, говорит Костич, который также является доцентом микробиологии в Гарвардской медицинской школе.

В предыдущих исследованиях детей в Финляндии и России, Костич и его коллеги показали, что дети в промышленно развитых регионах, у которых гораздо больше шансов заболеть диабетом 1 типа, чем у жителей непромышленных регионов, также были очень разные микробиомы кишечника.

<цитата>

Мы смогли идентифицировать определенные микробы и микробные продукты, которые, по нашему мнению, препятствовали правильному иммунному образованию в раннем возрасте. Позже это приводит к увеличению числа случаев не только диабета 1 типа, но другие аутоиммунные и аллергические заболевания ».

Александр Костич, Кандидат наук, Старший автор

Итак, как бы выглядел здоровый микробиом человека до воздействия индустриализации? "Я убежден, что вы не сможете ответить на этот вопрос ни с одним современным живым человеком, "говорит Костич, кто указывает, что даже племена в чрезвычайно отдаленных регионах Амазонки заражаются Covid-19.

Стивен Леблан, археолог, ранее работавший в Гарвардском музее археологии и этнологии Пибоди, пришли к Костичу с впечатляющим альтернативным источником:микробной ДНК, обнаруженной в образцах палеофекалий человека, которые музеи собрали в засушливых районах на юго-западе Северной Америки.

Костич и аспирантка Марша Вибово приняли вызов, в конечном итоге сравнив ДНК из восьми исключительно хорошо сохранившихся образцов древнего кишечника из сухих пещер (некоторые из которых датируются первым веком нашей эры) с ДНК из 789 современных образцов. Немногим более половины современных образцов были получены от людей, придерживающихся индустриальных «западных» диет, а оставшаяся часть - от людей, потребляющих непромышленные продукты (выращенные в основном в своих общинах).

Различия между популяциями микробиома были поразительны. Например, бактерия, известная как Treponema succinifaciens, "не входит ни в один западный микробиом, который мы проанализировали, но он есть в каждом из восьми древних микробиомов, "- говорит Костич. Древние микробиомы действительно больше соответствовали современным непромышленным микробиомам.

Поразительно, Вибово обнаружил, что почти 40% древних видов микробов никогда раньше не встречались. Что может объяснить такую ​​высокую генетическую изменчивость?

"В древних культурах продукты, которые вы едите, очень разнообразны и могут поддерживать более эклектичный сбор микробов, - размышляет Костич. - Но по мере того, как вы продвигаетесь к индустриализации и переходу на продуктовую диету, вы теряете много питательных веществ, которые помогают поддерживать более разнообразный микробиом ».

Древние микробиомы также имели относительно большее количество, чем современные промышленные микробиомы транспозаз (мобильных элементов последовательностей ДНК, которые могут менять свое местоположение в геноме).

«Мы думаем, что это может быть стратегией для микробов по адаптации в среде, которая меняет гораздо больше, чем современный промышленный микробиом, где мы едим одно и то же и живем одинаковой жизнью более или менее круглый год, - говорит Костич. - В более традиционной среде все меняется, и микробы должны приспосабливаться. Они могут использовать этот гораздо больший набор транспозаз, чтобы захватывать и собирать гены, которые помогут им адаптироваться к различным условиям ».

Кроме того, в древних микробных популяциях было меньше генов, связанных с устойчивостью к антибиотикам. В древних образцах также было меньше генов, вырабатывающих белки, разрушающие слизистый слой кишечника. которые затем могут вызвать воспаление, связанное с различными заболеваниями.

Кроме того, работа может пролить свет на научный спор о том, передаются ли популяции кишечных микробов вертикально от поколения к поколению людей, или развиваться в основном из окружающей среды.

Глядя на происхождение распространенных бактерий Methanobrevibacter smithii в древних образцах, они обнаружили, что его эволюция согласуется с общим наследственным штаммом, который был датирован примерно тем временем, когда люди впервые мигрировали через Берингов пролив в Северную Америку. "Эти микробы, так же, как наши собственные геномы, путешествовали с нами, "- говорит Костич.

Исследовательский проект начался с необходимости идентифицировать незагрязненные образцы палеофекалий человека, которые сохранились в необычно хорошем состоянии. "Когда мы реконструировали эти геномы, мы старались быть очень консервативными, "Вибово говорит.

В дополнение к датированию углерода-14, ученые использовали диетические анализы и другие методы, чтобы подтвердить, что отобранные образцы действительно были человеческими и не были загрязнены почвой или другими животными, такими как собаки, она говорит. Исследователи также подтвердили, что выбранные образцы демонстрировали паттерны распада, которые, как известно, проявляет вся ДНК с течением времени.

Команда выполнила гораздо более глубокое секвенирование ДНК, чем было достигнуто в предыдущих попытках. не менее 100 миллионов прочтений, с 400 миллионами прочтений ДНК для одного образца.

Один соавтор, антрополог Мерадет Сноу Кандидат наук, Университета Монтаны в Миссуле, возглавил инициативу по изучению перспектив работы общин коренных американцев Юго-Западного региона. "Мы благодарим и ценим тех людей, чья генетика и микробы были проанализированы для этого исследования, а также современные люди со связанным генетическим или культурным наследием, "подчеркивается в исследовании.

Исследователи планируют расширить свои исследования на многие другие образцы древнего микробиома, стремясь обнаружить новые виды микробов и попытаться предсказать их метаболические функции. Костич заинтригован возможностью воскрешения этих древних микробов в лаборатории, путем вставки древних геномов в самые близкие живые виды бактерий. "Если мы сможем выращивать их в лаборатории, мы можем многое понять физиологию этих микробов, намного лучше, " он говорит.

ЛеБлан помог исследователям Жослина собрать сотрудников, в итоге набрали из десятка учреждений. Среди ключевых вкладов Доктор Сноу из Монтаны руководил извлечением и подготовкой древней ДНК, и Кристина Уорнер из Гарварда, Кандидат наук, предложила свои знания о древнем микробиоме человека. "Было потрясающе учиться у всех этих блестящих сотрудников, "Вибово говорит." Это действительно требует деревни ".

• Правильно ли указаны уровни микробов на этикетках коммерческих кефирных продуктов?
• Исследование:бактериальная колонизация кишечника младенцев не происходит до рождения.