Upptäcka mänsklighetens historia från magen bakterier

Upptäcka mänsklighetens historia från magen bakterier Bild Sammanfattning Nybyggt analyser av humana patogener har avslöjat att deras evolutionära historia är kongruenta med hypotetiska mönster av gamla och moderna befolkningsmigrationer. Fylogenetiska träd stammar av bakterien Helicobacter pylori
och polyoma JC-virus tas från geografiskt olika grupper av människor korrelerar nära med relationer populationer där de finns.
Charles Darwin erkände att fördelningen och form parasiter var evolutionärt signifikant. Han noterade, till exempel, att "... det löss [löss] samlas i olika länder från olika menniskoracerna ... skiljer sig inte bara i färg, men i strukturen av deras klor och lemmar. I varje fall som många prover erhölls skillnaderna var konstant "[1]. På senare tid har flera forskargrupper [2-7] fann intressanta korrelationer mellan de evolutionära relationer mellan olika bakteriella och virusstammar värd människor och mönster av migration av moderna människor över hela världen. Review En särskilt intressant fall är det av Helicobacter pylori
, en gramnegativ bakterie i samband med gastrit, magsår och magcancer som kan infektera upp till hälften av alla människor [8]. Upptäckten att en bakteriell infektion kan leda till vad ansågs kroniska sjukdomar [8] var ett slående exempel på det faktum att infektionssjukdomar ännu inte har erövrat. Den fortsatta förvärvat immunbristsyndrom (AIDS) epidemin utbrott av ebola i Centralafrika, och den nuvarande spridningen av West Nile-virus i USA och svår akut respiratorisk sjukdom (SARS) från Asien styrka pervasivenessen och hälsokonsekvenserna av infektiösa agens även i en ålder av vaccination och antimikrobiella och antivirala behandlingar. Många infektionssjukdomar tros ha uppstått i takt med utvecklingen av jordbruket och ökningen av stadslivet. Om i stället många patogener "relationer med människor är mycket äldre, skulle det inte vara förvånande att hitta djupare evolutionära samband mellan människor och deras mikrobiella och virala inkräktare.
Evolutionära historia av H. pylori
kan ge ett exempel av samevolution av en bakterie och dess enda kända värden. H. pylori
genomet är relativt liten på 1,67 megabaser, med en minimal uppsättning av metabola gener [9]. Variation mellan H. pylori
isolat från olika personer eller ens från en person är stor, vilket leder till unika fingeravtryck för nästan varje isolat hittills skrivit. De kodande generna är inte mycket olika, men: de flesta av variationen förekommer i tredje bas position inom kodon eller genom inversioner eller translo-kationer, lämnar kodade aminosyrasekvenserna relativt lika [2]. Denna aminosyrasekvens bevarande är tur för vaccinforskning, som ett vaccin är sannolikt att vara effektiv på många stammar. Mer intressant är det faktum att H. pylori
har en extremt hög hastighet av rekombination, högre i själva verket än någon annan organism kännetecknas hittills [3, 10].
Normalt en så hög takt av rekombination skulle göra dra slutsatsen en organism evolutionära historia mycket svårt, eftersom information om ursprunget för varje mutation skulle gå förlorad eftersom det sprider sig genom en population. Men i kombination med läget för överföring av H. pylori
, denna extremt höga rekombination kan i själva verket göra evolutionära slutsatser lättare. Flera studier tyder starkt på att H. pylori
överförs oftast inom familjen, i allmänhet från mor till barn [11, 12]. Således, överföring av H. pylori
på vissa sätt härmar som av mödernet överförda mitokondrie-DNA [13]. Eftersom mitokondrie-DNA överförs enbart en förälder (mamman) och inte rekombinerar, har det visat sig vara en idealisk genetiskt system för att dra slutsatsen människans evolutionära historia (se nedan) [14, 15]. Om H. pylori
är verkligen övervägande matern överförs kommer nya stammar i allmänhet inte infektera en person under sin livstid; tillsammans med den höga graden av rekombination, skulle detta innebära att mutationerna som ackumuleras inom populationen av bakterier i en individs mage kommer att vara relativt homogen. Detta bör leda till en svärm av stammar som är mycket nära släkt med varandra, som innehåller många av de mutationer som har inträffat i enskilda bakterier. Svärmar som finns i olika människor kommer därför att vara mer olika varandra än om det fanns mindre rekombination.
Mest infektionssjukdomar spred sig snabbt över hela världen och stammar från olika regioner är relativt lika, men initial provtagning av H. pylori
från människor från olika delar av världen visade ganska stark geografisk uppdelning i de europeiska och asiatiska H. pylori
typer [2-4]. Nyligen Falush och medarbetare [5] har undersökt denna uppdelning i större detalj. Efter sekvensering åtta gener - totalt 3,850 nukleotider - i 370 stammar som härrör från 27 befolknings, fann de 1,418 polymorfa nukleotidpositioner. De tillämpas då en ny analytisk verktyg, struktur [16], som utvecklats för att sluta människans genetiska struktur från multilocus genotyp-data. Programmet använder Bayesian metoder för att identifiera undergrupper med distinkta allelfrekvenser, och kluster av undergrupperna, och med i närvaro av rekombination [16]. När denna teknik tillämpas på H. pylori
sekvenser, har fyra huvudområden hittades - två från Afrika och en vardera från Europa och Asien (Figur 1a) [5]. Figur 1 Förhållandet mellan befolkningsgrupper, beräknat med utgångspunkt från H. pylori, hittade i magar och från mitokondrie DNA-uppgifter. (A) Relationer mellan moderna subpopulationer av H. pylori
[5]. Varje subpopulation representeras av en cirkel med en diameter som är proportionell mot den genetiska mångfalden inom den. Centra i cirklar sällskap av ett fylogenetiskt träd som visar relationerna mellan de fyra subpopulationer. Bakterier i varje subpopulation finns främst personer som kommer från regioner som visas. (B) En populationsnivå fylogenetiskt träd av H. pylori
geografiska subpopulationer visas i (a). (C) En median-sammanfogning nätverk av befolkningsgrupper som härrör från mitokondrie-DNA [14]. Ett sådant nätverk visar alternativa potentiella evolutionära relationer mellan kluster. Varje cirkel representerar ett kluster av mitokondriella typer med en diameter som är proportionell mot frekvensen av denna typ inom subpopulationer. Alla icke-afrikanska populationer härrör från en afrikansk härstamning; det nätverk av relationer inom denna härstamning förstoras (överst). (A, b) Anpassad från [5]; (C) som är anpassad från [14]
Varje kluster hittas genom Falush och medarbetare [5] kunde delas in i undergrupper.; till exempel, skulle "Afrika en kluster delas vidare in i västra och sydafrikanska subclusters och Östasien klustret kan delas upp i östasiatisk, Amerind, och Maori subclusters. Den geografiska uppdelning i 200 europeiska stammar var särskilt komplicerat, förmodligen på grund av ett stort antal grupper har svept fram och tillbaka över Europa under de senaste årtusendena. Europeiska stammar också ibland dök upp i Amerika, Australien, och bland sydafrikaner, förmodligen återspeglar koloniala erövringen. Sälja The fylogenetiska relationerna mellan dessa kluster (Figur 1b) och deras underavdelningar [5] visar ett mönster som liknar det som erhölls med hjälp av mitokondrie-DNA variation (Figur 1c) [14, 15]. Den moderna människans genpool, som framgår av mitokondrie-DNA och bekräftas av Y-kromosomen studier tros ha haft en afrikanskt ursprung cirka 150.000-200.000 år sedan [14, 15, 17, 18]. Den ursprungliga befolkningen spred sig sedan och diversifierad hela Afrika för nästan 100.000 år, innan de expanderar i västra Asien och Europa och i södra och östra Asien cirka 50,000-60,000 år sedan, som ersätter de befintliga arkaiska populationer av människor i dessa regioner. Efterföljande migreringar sprids i Australasien med 40.000 år sedan, sedan till öarna i Stilla havet, och senare i Nordamerika, cirka 15.000 år sedan (Figur 2) [14, 15, 17, 18]. Den anmärkningsvärda likheter mellan denna syn på människans historia och resultaten från studier av H. pylori
har lett Falush och medarbetare [5] liksom andra [2] att dra slutsatsen att H. pylori
utveckling har följt den väg av moderna människans expansion och migration. Detta arbete ger således en annan typ av data för analys av människans evolution och migration, oberoende av mitokondrie-DNA och Y-kromosomer, som kommer att vara värdefull i fortsatta studier. Olyckligtvis är emellertid uppskatta divergensen är från H. pylori
är särskilt svår på grund av den extremt höga hastigheten av rekombination [10]. Ytterligare provtagning och analystekniker kan krävas för att ytterligare testa migrations hypotesen. Figur 2 En karta över mönstret av expansion och migration av moderna människor över hela världen, som härrör från studier av mitokondrie-DNA och Y-kromosomer [14, 15, 17, 18]. Siffrorna anger den ungefärliga tid (i år innan den nuvarande) när moderna människor först dök upp i den angivna regionen.
Övriga patogener har också föreslagits att följa evolutionära historia liknar sina värdar. En av de mest intressanta exempel, men med en icke-human värd, är det av bladlöss, en bakterie som finns i dem, och två plasmider som är förknippade med bakterien. Funk et al.
[19] fann att innebar intraspecifrc fylogenier av dessa fyra genomet var helt kongruenta. För att återgå till humana patogener, kan den mänskliga polyomavirus JC-virus (JCV) delas in genotyper som motsvarar de stora kontinentala landmassor [6]. Liksom H. pylori
, JCV - vilket kan orsaka progressiv multifokal leukoencefalopati (förlust av myeline i det centrala nervsystemet) - är mycket utbredd bland människor som en följd av familjär transmission. Totalt 12 kända subtyper har definierats, med europeiska, afrikanska och asiatiska fördel [7]. Även direkta slutsatser av en afrikanskt ursprung för JCV är problematiska eftersom det inte finns någon lämplig utgrupp som man kan förankra fylogenetiskt träd, när ett afrikanskt ursprung antas, en rimlig evolutionära historia kan hypotes (Figur 3) [7]. Som med H. pylori
, dra slutsatsen molekylär divergens datum är för närvarande problematiskt för JCV. Ytterligare utredning av evolutionära historia av dessa humana patogener är därför nödvändig. Figur 3 Relationer av humant polyomavirus JC-virus (JCV) subtyper som finns i människor från olika delar av världen [7]. Bokstäver hänvisar till enskilda subtyper. (A) hypotes spridnings av JCV subtyper genom världen (exklusive Amerika); (B) en härledd fylogeni JCV subtyper, förutsatt en afrikanskt ursprung för viruset. Anpassad från [7].
Belysa mönster av utvecklingen av mänskliga patogener slutligen ge ytterligare bevis inte bara om deras historia men också om människans utveckling och historia. Detta kommer att vara särskilt sant för patogener såsom H. pylori
som har en övervägande mor-barn sändningssätt, härma mitokondrie-DNA evolution. H. pylori
s orsak roll i flera kroniska magproblem är bara ett av många aktuella exempel på den kända eller misstänkta roll av ett smittämne som leder till kroniska sjukdomar. Bakterier misstänks vara inblandade i utvecklingen av åderförkalkning, stroke och Crohns sjukdom, medan virus är kända för att leda till aids och olika former av kronisk hepatit. Livmoderhalscancer, hepatocellulär cancer, är Burkitts lymfom, Kaposis sarkom, och kanske diabetes mellitus också antingen kända eller misstänks vara av viralt ursprung. Om några av de allestädes närvarande kroniska sjukdomar visar sig vara av bakteriellt eller viralt ursprung, bör världen undersökningar av dessa patogener i befolknings genomföras omedelbart, så att kunskap om evolution och mångfald av dessa patogener kan införlivas i forskningsprogram som syftar till att lindra de förhållanden som de orsakar.

• Jämförelse av växter som används för hud och magproblem i Trinidad och Tobago med asiatiska ethnomedicine
• Identifiering av DNA-metylering förändringar i samband med mänsklig gastric cancer