Vedci zistili dramatické rozdiely medzi starými črevnými mikrobiómami a modernými mikróbmi

Vedci rýchlo zbierajú dôkazy o tom, že varianty črevných mikrobiómov, zbierky baktérií a iných mikróbov v našom tráviacom systéme, môže hrať škodlivú úlohu pri cukrovke a iných chorobách. Vedci z Joslin Diabetes Center teraz zistili dramatické rozdiely medzi črevnými mikrobiómami zo starovekých severoamerických národov a modernými mikrobiómami, ponúka nové dôkazy o tom, ako sa tieto mikróby môžu vyvíjať pri rôznych diétach.

Vedci analyzovali mikrobiálnu DNA nachádzajúcu sa v pôvodných ľudských paleofecoch (sušené exkrementy) z neobvykle suchých jaskýň v Utahu a severnom Mexiku s extrémne vysokými úrovňami sekvenovania genómu, hovorí asistent vyšetrovateľa Joslina Aleksandar Kostic, PhD., starší autor a Príroda papier predstavujúci prácu.

Vykonávanie genomickej analýzy širšie a hlbšie ako predchádzajúce štúdie o starých črevných mikrobiómoch človeka, štúdia bola prvou, ktorá odhalila nové druhy mikróbov vo vzorkách, hovorí Kostic, ktorý je tiež odborným asistentom mikrobiológie na Harvardskej lekárskej fakulte.

V predchádzajúcich štúdiách s deťmi vo Fínsku a Rusku Kostic a jeho kolegovia ukázali, že deti v priemyselných oblastiach, u ktorých bola oveľa väčšia pravdepodobnosť vzniku cukrovky 1. typu ako u pacientov v nepriemyselných oblastiach, mal tiež veľmi odlišné črevné mikrobiómy.

Dokázali sme identifikovať konkrétne mikróby a mikrobiálne produkty, o ktorých sa domnievame, že bránili riadnemu vzdelávaniu v oblasti imunity v ranom živote, A to neskôr vedie k vyšším výskytom nielen cukrovky 1. typu, ale iné autoimunitné a alergické ochorenia. “

Aleksandar Kostic, PhD., Hlavný autor

Ako by teda vyzeral zdravý ľudský mikrobióm pred účinkami industrializácie? „Som presvedčený, že na túto otázku nemôžete odpovedať žiadnym moderne žijúcim ľuďom, “hovorí Kostic, ktorý poukazuje na to, že dokonca kmene v extrémne odľahlých oblastiach Amazónie ochorejú na Covid-19.

Steven LeBlanc, archeológ predtým s Harvardovým Peabodyho múzeom archeológie a etnológie, prišiel do Kostica s dramatickým alternatívnym zdrojom:mikrobiálna DNA nájdená vo vzorkách ľudských paleofekcií, ktoré múzeá zozbierali zo suchých prostredí na severoamerickom juhozápade.

Kostic a postgraduálna študentka Marsha Wibowo sa tejto výzvy chopili, nakoniec porovnanie DNA z ôsmich mimoriadne dobre zachovaných starých vzoriek čreva zo suchých jaskýň (niektoré pochádzajú už z prvého storočia súčasnej éry) s DNA v 789 moderných vzorkách. O niečo viac ako polovica moderných vzoriek pochádza od ľudí s industrializovanou „západnou“ diétou a zvyšok od ľudí, ktorí konzumujú nepriemyselné potraviny (pestované väčšinou vo vlastných komunitách).

Rozdiely medzi populáciami mikrobiómov boli pozoruhodné. Napríklad baktéria známa ako Treponema succinifaciens “nie je v jednom západnom mikrobióme, ktorý sme analyzovali, ale je to v každom jednom z ôsmich starovekých mikrobiómov, "Kostic hovorí. Staroveké mikrobiómy sa viac zhodovali s modernými mikrobiómami, ktoré nepochádzajú z priemyslu."

Prekvapivo, Wibowo zistil, že takmer 40% starovekých mikrobiálnych druhov nebolo nikdy predtým vidieť. Čo by mohlo vysvetliť túto vysokú genetickú variabilitu?

„V starovekých kultúrach, potraviny, ktoré jete, sú veľmi rozmanité a môžu podporovať eklektickejšiu zbierku mikróbov, „Kostic špekuluje.“ Ale keď sa pohnete smerom k industrializácii a skôr k diéte v obchode s potravinami, stratíte veľa živín, ktoré pomáhajú podporovať rozmanitejší mikrobióm. “

Staroveké mikrobiómy mali tiež relatívne vyšší počet ako moderné priemyselné mikrobiómy transpozáz (transponovateľné prvky sekvencií DNA, ktoré môžu meniť umiestnenie v genóme).

„Myslíme si, že by to mohla byť stratégia pre mikróby, aby sa adaptovali v prostredí, ktoré sa posúva oveľa viac než moderný industrializovaný mikrobióm, kde jeme rovnaké veci a žijeme rovnaký život viac-menej celoročne, „Kostic hovorí.“ Zatiaľ čo v tradičnejšom prostredí, veci sa menia a mikróby sa tomu musia prispôsobiť. Mohli by použiť túto oveľa väčšiu zbierku transpozáz na zachytenie a zozbieranie génov, ktoré im pomôžu prispôsobiť sa rôznym prostrediam. "

Navyše, Staroveké mikrobiálne populácie včlenili menej génov súvisiacich s rezistenciou na antibiotiká. Staroveké vzorky tiež obsahovali nižší počet génov, ktoré produkujú proteíny, ktoré degradujú vrstvu črevného hlienu, ktorý potom môže spôsobiť zápal, ktorý je spojený s rôznymi chorobami.

Navyše, práca môže vrhnúť svetlo na vedecký spor o tom, či sa populácie črevných mikróbov prenášajú vertikálne z generácie na generáciu ľudí, alebo sa vyvíjajú predovšetkým z okolitého prostredia.

Pri pohľade na rodokmeň bežných baktérií Methanobrevibacter smithii v starodávnych vzorkách, zistili, že jeho vývoj je v súlade so spoločným kmeňom predkov, ktorý bol datovaný zhruba vtedy, keď ľudia prvýkrát migrovali cez Beringov prieliv do Severnej Ameriky. "Tieto mikróby, rovnako ako naše vlastné genómy, cestovali s nami, “Hovorí Kostic.

Výskumný projekt sa začal potrebou identifikovať nekontaminované vzorky ľudských paleofekií, ktoré boli konzervované v neobvykle dobrom stave. „Keď sme zrekonštruovali tieto genómy, pokúsili sme sa byť veľmi konzervatívni, “Hovorí Wibowo.

Okrem datovania uhlíka-14, vedci použili diétne analýzy a iné metódy na overenie, že vybrané vzorky sú skutočne ľudské a nie sú kontaminované pôdou alebo inými zvieratami, ako sú psy, ona povedala. Vyšetrovatelia tiež potvrdili, že vybrané vzorky vykazovali vzorce rozkladu, o ktorých je známe, že všetky DNA v priebehu času vykazujú.

Tím vykonal oveľa hlbšie sekvenovanie DNA, ako sa dosiahlo v predchádzajúcom úsilí, najmenej 100 miliónov prečítaní, so 400 miliónmi prečítaní DNA na jeden exemplár.

Jeden spolupracovník, antropológ Meradeth Snow, PhD., z University of Montana v Missoule, viedol iniciatívu s cieľom získať perspektívy práce od pôvodných indiánskych komunít v juhozápadnom regióne. „Uznávame a oceňujeme tých jednotlivcov, ktorých genetika a mikróby boli analyzované pre tento výskum, ako aj súčasní jednotlivci s pridruženým genetickým alebo kultúrnym dedičstvom, “zdôrazňuje štúdia.

Vedci plánujú rozšíriť svoje štúdie o mnoho ďalších starovekých vzoriek mikrobiómov, Cieľom je odhaliť nové mikrobiálne druhy a pokúsiť sa predpovedať ich metabolické funkcie. Kostic je fascinovaný možnosťou vzkriesenia týchto starých mikróbov v laboratóriu, vložením starovekých genómov do najbližších živých bakteriálnych druhov. „Ak ich dokážeme pestovať v laboratóriu, fyziológii týchto mikróbov môžeme veľa porozumieť, oveľa lepšie, " on hovorí.

LeBlanc pomohol vyšetrovateľom Joslina zhromaždiť spolupracovníkov, nakoniec boli prijatí z tucta inštitúcií. Medzi kľúčové príspevky patrí Montanský doktor Snow viedol extrakciu a prípravu starovekej DNA, a Harvardova Christina Warinnerová, PhD., ponúkla svoje znalosti o starodávnom ľudskom mikrobióme. „Bolo úžasné učiť sa od všetkých týchto vynikajúcich spolupracovníkov, „Wibowo hovorí.“ Naozaj to chce dedinu. “

• Vykazujú etikety na komerčných výrobkoch z kefíru správne mikrobiálne hladiny?
• Štúdia:Bakteriálna kolonizácia čriev dieťaťa sa nevyskytuje pred narodením