Mångfald bland afrikaner på landsbygden sträcker sig till deras tarmmikrobiomer

Forskning från Perelman School of Medicine och School of Arts and Sciences pekade på en roll för livsstil, geografi, och genetik, med överraskande likheter med amerikanska befolkningar i vissa fall

Vårt mikrobiom, den komplexa gemenskapen av bakterier, svampar, parasiter, och andra mikroorganismer i och på våra kroppar, speglar hur vi lever. Om vi ​​äger ett husdjur, vi delar sannolikt mikrober med dem. Om vi ​​äter kött, mikrobiomen i våra tarmar kan se annorlunda ut än en vegan.

I ett växande studieområde för att avgöra hur vi förvärvar de mikrober vi bär inom oss och deras inflytande på vår hälsa, de flesta analyser har fokuserat på människor som lever i utvecklade länder. Men under de senaste åren har forskare har börjat undersöka om människor i icke-industrialiserade samhällen har helt olika mikrobiomer och, om så är fallet, vilka faktorer som formar dessa skillnader.

En ny rapport, publicerad i tidningen Genombiologi , har gjort betydande framsteg när det gäller att ta itu med dessa frågor. Leds av ett team av genetiker från University of Pennsylvania, i samarbete med forskare från Tanzania, Botswana, och National Institutes of Health, studien är en av de största hittills för att analysera tarmmikrobiomerna hos etniskt olika afrikaner, med prover från 114 botswanska och tanzaniska människor från sju populationer, samt en jämförelsegrupp från USA.

Resultaten pekar på det stora utbudet av mikrobiomprofiler över befolkningar, som utövar en mängd olika livsstilar, från agropastoralist till pastoralist till jägare-samlare. Storleken på skillnaderna är i nivå med skillnaderna mellan industrialiserade och icke-industriella befolkningar. Men forskarna fascinerades också av oväntade likheter mellan grupper.

"När vi började detta, säger genetikern Sarah Tishkoff, en Penn Integrates Knoweldge Professor vid Penn och seniorförfattare, "min hypotes var att kosten skulle vara den drivande faktorn för att särskilja mikrobiomen för dessa olika befolkningar. Min största överraskning var att så inte var fallet."

Faktiskt, en delmängd av proverna från Bantu-talande människor som bor i bondesamhällen i Botswana var nästan oskiljbara från dem som samlats in från människor som bor i Philadelphia-området, prover som samlats in av studiemedförfattaren Frederick Bushman, en mikrobiolog vid Penn's Perelman School of Medicine.

"Bakteriesammansättningen från några av agropastoralisterna i Botswana var påfallande lik den amerikanska kohorten, säger Matthew Hansen, en forskare i Tishkoffs labb och medförfattare på tidningen. "Det här är landsbygdsgrupper; de har en mycket annorlunda livsstil, men någon faktor är att de ger en mycket liknande mikrobiota som friska invånare i Philadelphia-området."

Tidigare försök att undersöka tarmmikrobiomerna på landsbygden afrikaner har vanligtvis jämfört en enda afrikansk befolkning med en eller flera populationer från industrialiserade nationer. Dessa tidigare studier pekade på skillnader mellan grupper; till exempel, en jämförelse av tarmmikrobiomer mellan italienare och Hadza jägare-samlare i Tanzania identifierade flera grupper av bakterier som fanns i Hadza som inte tidigare hade identifierats i populationer från västerlänningar.

Men för att få en mer nyanserad förståelse av de faktorer som påverkar den mikrobiella mångfalden på landsbygden afrikaner, Tishkoffs team samlade prover från sju avlägsna afrikanska populationer. Från Tanzania:Hadza jägare-samlare, Maasai boskapsskötare, Sandawe agropastoralister, som var jägare-samlare till slutet av 1800-talet, och Burunge agropastoralists. Och från Botswana:San jägare-samlare, Bantustalande Herero-pastorister, och flera grupper av bantustalande agropastoralister.

Samla in data, som krävde att be invånare i avlägsna byar att tillhandahålla avföringsprover till forskarna, var ingalunda en enkel process. Alessia Ranciaro, som hjälpte till att leda insamling av data för arbetet, säger att hon och kollegor lärde sig från tidiga erfarenheter hur man navigerar kulturella och logistiska hinder för att göra processen smidigare för både deltagarna och forskarna.

Forskarna extraherade DNA från proverna och sekvenserade en del av 16S ribosomal RNA -genen, används ofta i mikrobiomstudier för att identifiera och jämföra bakterier.

"Analysen gör att du kan klassificera bakterier i ett prov ner till släktnivån i många fall, "säger Meagan Rubel, en doktorand i Tishkoffs labb som ledde arbetet. "Men i de provdatabaser som vi använder, bakterierna har klassificerats baserat på industrialiserade eller västerländska grupper, så människor som lever dessa traditionella livsstilar kan ha bakterier som vi aldrig har sett förut. "

Av de resultat de kunde få, breda mönster kom snabbt fram. I synnerhet, de botswanska proverna skilde sig från de tanzaniska. Tarmmikrobiomerna från tanzaniska populationer tenderade att ha ett högre antal mikrober i varje prov, och individer tenderade att dela liknande mikrobiella profiler. I Botswana, å andra sidan, prover tenderade att ha färre mikrobiella arter totalt sett, och individers mikrobiom tenderade att vara mer annorlunda från varandra. Det senare mönstret fanns också i de amerikanska proverna.

Medan analysen inte pekade på en "rökpistol" som förklarade detta resultat, forskarna antar att orsakerna är knutna till Botswanas jämförande nationella rikedom och tillgång till sjukvård.

"Botswana har diamanter och är relativt rik, "säger Tishkoff." De har ett gratis medicinskt system och ett gratis utbildningssystem, som skiljer sig mycket från Tanzania. "

"Du kan tänka dig att inom spektrumet av mycket olika grupper i afrikanska länder, säger Rubel, "Det finns grupper som genomgår dessa mjuka industrialiseringsåtgärder som kan vara allt från ökad tillgång till klinisk vård till olika typer av livsmedel. Antibiotikaanvändning är något som verkligen kan förändra tarmmikrobiomet, så människor som har mer tillgång till det kan se tydliga förändringar i sitt mikrobiom. "

Sådana förändringar kan hjälpa till att förklara likheterna mellan Botswana och amerikanska prover, även om forskarna säger att mer arbete måste göras för att bekräfta att så är fallet.

Övergripande, dock, stora skillnader i tarmmikrobiomet var lätt uppenbara mellan USA och de flesta afrikaner. Inom Afrika, frekvensen av vissa bakteriegrupper kan skilja populationer efter etnicitet och livsstil. Till exempel, de två jägar-samlarpopulationerna, San och Hadza, hade olika mönster av tarmbakterier jämfört med pastoralist- eller agropastoralistgrupper. Dessutom, i Maasai- och Hadza -befolkningen, två grupper där arbetsfördelningen mellan män och kvinnor är särskilt extrem, forskarna fann betydande könsskillnader i de mikrobiomer de analyserade.

För att förstå mer om vad bakterierna i tarmen faktiskt gjorde, forskarna letade efter molekylära vägar som var rikliga över de olika mikrobiella arterna i ett givet prov. I USA:s prover, de identifierade vägar som är involverade i nedbrytning av miljöföroreningar, såsom bisfenol, som inkluderar bisfenol A, bättre känd som "den fruktade BPA i plast, säger Rubel, liksom DDT, insekticiden som är ansvarig för gallring av fåglarnas äggskal som har förbjudits i USA sedan 1970 -talet.

De hittade bevis på DDT-nedbrytningsvägar också i proverna från Botswana, ett land som har fortsatt att använda kemikalien för att kontrollera myggor som är ansvariga för överförda sjukdomar som malaria.

Resultaten väcker ett antal intressanta frågor, som forskarna hoppas kunna belysa med ytterligare analyser och grundlig genetisk och genomisk sekvensering i framtiden. De undersöker också proverna ytterligare för att se om förekomsten av gastrointestinala patogener kan spela en primär roll för att påverka tarmmikrobioten hos människor i områden där sådana infektioner förekommer.

"Vårt arbete utökar en växande berättelse, säger Rubel, "där mikrobiotrender tycks spåra med industrialiseringsnivån över befolkningarna."

Forskarna noterar att även dessa avlägsna afrikanska befolkningar inte är statiska i sin livsstil; utveckling och dess påverkan på miljön och traditionella livsstilar kan visa sig i skiftande mikrobiommönster.

"Det som skulle vara bra att göra är en longitudinell studie av några av dessa grupper, "säger Hansen." Under de närmaste 20 åren har deras liv kommer säkert att förändras snabbt, och det skulle vara intressant att se om vi hittar en förändring i mikrobiomet när dessa livsstilsfaktorer förändras. "

• Fekaltransplantation från vissa givare bättre än andra
• Studien beskriver metabolism av tarmmikrobioter hos spädbarn för första gången