Vad kan forntida avföring berätta om utvecklingen av människans tarmmikrobiom?

Forntida mikrobiotainformation representerar en viktig resurs för att studera bakteriell utveckling och utforska den biologiska spridningen av kroniska sjukdomar genom historien.

Ett internationellt team av forskare analyserade mikrobiellt DNA som finns i inhemska mänskliga paleofeces (uttorkade avföringar) från torra grottor i norra Mexiko och Utah. De fann att det gamla tarmmikrobiomet i människan liknar det hos moderna människor från icke-industrialiserade befolkningar.

Studien, publicerad i tidningen Natur, är den första som avslöjar nya arter av mikrober i exemplaren.

Studie:Rekonstruktion av gamla mikrobiella genomer från människans tarm. Bildkredit:Design_Cells / Shutterstock

Forntida mikrobiom

Kroppen är full av kolonier av ofarliga bakterier, svampar, och virus som kallas mikrobiom. Dessa arter är fördelaktiga för kroppen, hjälper kroppens naturliga processer. Det finns mer än 400 arter av bakterier som utgör tarmmikrobiomet, hjälper till att smälta mat, avvärja skadliga patogener, och syntetisera vitaminer.

Tidigare studier har noterat att tarmmikrobiomet har funnits även hos gamla människor. Detta innebär att utforskning av innehållet i gamla människors tarmbakterier kan erbjuda ny kunskap inte bara om deras kost utan också hur de avvärjde sjukdomar.

Hälsoexperter har också jämfört tarmmikrobiomet för människor från industrialiserade och icke-industrialiserade regioner.

Tidigare studier av barn i Ryssland och Finland visade att de i industrialiserade regioner var mer benägna att utveckla typ 1-diabetes jämfört med dem i icke-industrialiserade områden.

Dessa två grupper av barn hade mycket olika tarmmikrobiom, betonar att de som bor i industrialiserade områden, barnen löper en högre risk att utveckla inte bara typ 1 -diabetes utan andra autoimmuna och allergiska sjukdomar.

Rekonstruktion av gammalt mänskligt tarmmikrobiom

Teamet rekonstruerade gamla mikrobiella genomer med en uppsättning av åtta paleofeces från 1, 000 år till 2, 000 år gammal upptäckt i sydvästra USA och Mexiko. Därifrån, de jämförde de gamla tarmmikroberna med moderna prover från både industrialiserade och icke-industrialiserade populationer.

Totalt, forskarna rekonstruerade 498 mikrobiella genomer och drog slutsatsen att 818 var från gamla individer. Av dessa, 39 procent hade inte hittats tidigare i de andra proverna.

Analyserna var möjliga tack vare det extraordinära bevarandet av paleofeces, användningen av gamla deoxiribonukleinsyra (aDNA) extraktionsmetoder för gammal avföring, högt sekvensdjup, och framstegen inom de novo genomrekonstruktionsmetodik.

Jämfört med 789 prover från människors tarmmikrobiom från åtta länder, paleofeces-proverna liknade mer icke-industrialiserade än industrialiserade humana tarmmikrobiomer.

Några av matbitarna i proverna bekräftade att de forntida människors kost inkluderade bönor och majs, vilket är typiskt för tidiga nordamerikanska bönder. På webbplatsen Utah, laget fann en mer eklektisk, fiberrik hungersnöd, inklusive risgräs, päron, och gräshoppor i provets matbitar.

Efter funktionell profilering, teamet fann en betydligt lägre mängd antibiotikaresistens och mucin-nedbrytande gener, inklusive anrikning av rörliga genetiska element i förhållande till industriella tarmmikrobiomer. Plus, de gamla proverna var mer olika, inklusive dussintals tidigare okända arter.

Denna studie underlättar upptäckten och karakteriseringen av tidigare obeskrivliga tarmmikroorganismer från gamla mikrobiomer och undersökningen av den mänskliga tarmmikrobiotens evolutionära historia genom genomrekonstruktion från paleofeces, Forskarna noterade i studien.

Studien visade också att paleofeces med välbevarat DNA är rikliga källor till mikrobiella genomer. De tidigare obeskrivliga mikrobiella arterna i den gamla avföringen kan kasta ljus över de mänskliga mikrobiomens evolutionära historier.

Framtida studier behövs för att få en bättre förståelse av det mänskliga mikrobiomet, som kan hjälpa till att upptäcka nya behandlingar för sjukdomar som typ 1 -diabetes och andra autoimmuna tillstånd. Studierna kan också hjälpa till att utveckla tillvägagångssätt för att återställa det moderna tarmmikrobiomet till dess förfäders tillstånd.

• Minoriteter är väsentligt underrepresenterade i kliniska försök med bukspottskörtelcancer
• Rapporterar etiketter på kommersiella kefirprodukter mikrobiella nivåer korrekt?