Новое сравнение микробиомов кишечника людей, шимпанзе (наших ближайших предков), бонобо и горилл показывает, что эволюция двух основных семейств бактерий в кишечнике этих обезьян точно соответствует эволюции их хозяев.Это показывает, что микробы в нашем кишечнике частично определяются нашей эволюционной историей, а не только внешними факторами, такими как диета, медицина и география. Ожирение, рак и некоторые воспалительные заболевания, такие как диабет и болезнь Крона, были связаны с дисбалансом микробов в нашем желудке и кишечнике.«Мы показываем, что некоторые кишечные бактерии человека являются прямыми потомками кишечных бактерий, которые жили в пределах наших общих предков с обезьянами», — сказал ведущий исследователь Эндрю Мёллер, научный сотрудник Миллера в Музее зоологии позвоночных Калифорнийского университета в Беркли. «Это показывает, что с момента появления африканских обезьян существовала непрерывная линия наследования или передачи от одного поколения к другому на протяжении миллионов лет».
Мёллер начинает делать снимок микробов в кишечнике нашего древнего предка-обезьяны — по сути, палео-кишечнике, подходящем для нашей палео-диеты — и надеется вернуться еще дальше в прошлое, если, что кажется вероятным, все млекопитающие развили свою уникальную микробиоту из общей наследственной популяции в далеком прошлом.«Сейчас у нас есть образцы всех основных групп млекопитающих, и мы работаем над отслеживанием эволюции микробиома вплоть до того времени, когда мы были крошечными плотоядными существами 100 миллионов лет назад», — сказал он.Мёллер и его африканские и американские коллеги, в том числе автор-корреспондент Говард Охман из Техасского университета в Остине, опубликуют свои выводы в выпуске журнала Science от 22 июля.«Удивительно, что наши кишечные микробы, которые мы могли получить из многих источников в окружающей среде, на самом деле эволюционировали внутри нас в течение столь долгого времени», — сказал Охман, отметив, что микробы передаются от сотен тысяч принимающие поколения.
Микробы — это мыВажность человеческого микробиома — микробов, которые живут на нашей коже, в наших телесных отверстиях и в нашем кишечнике — стала очевидной за последнее десятилетие, когда ученые установили последовательность микробных популяций у здоровых и нездоровых людей, от новорожденных до пожилых людей. , и народов всего мира.
В нашем теле примерно столько же микробных клеток, сколько и наших собственных, и они, по-видимому, передаются от матери к ребенку во время родов и постоянно меняются домашней средой, типом диеты, лекарствами и даже домашним животным. В частности, кишечные бактерии направляют развитие нашего кишечника на раннем этапе, тренируют нашу иммунную систему для борьбы с патогенами и даже могут влиять на наше настроение и поведение.
«Мы знаем, что кишечные бактерии действительно интегрированы в нашу биологию, и это исследование дает нам основу для изучения того, как это произошло», — сказал Меллер.Большинство исследователей, изучающих микробиоту кишечника людей или животных, определили конкретные присутствующие микробы на основе особого фрагмента ДНК, который кодирует фрагмент РНК в бактериальной рибосоме, производящей белки. Этот фрагмент ДНК, называемый субъединицей 16S рибосомной РНК, не меняется быстро со временем, поэтому он дает очень приблизительный график эволюции бактерий. Его медленная скорость изменения не позволяет исследователям определить, какие отдельные штаммы бактерий — разные варианты одного и того же вида — присутствуют, только род, а иногда и виды.
Вместо этого Мёллер и его коллеги решили взглянуть на более быстро развивающийся ген, который варьируется даже у разных штаммов бактерий, что позволит им идентифицировать отдельные штаммы бактерий. Ген, называемый гиразой B, кодирует вариабельную субъединицу белка ДНК-гиразы, которая помогает ДНК свертываться и раскручиваться.
Он и его коллеги получили фекалии 24 горилл, живущих в Камеруне, 47 шимпанзе из национального парка Гомбе в Танзании, 24 диких бонобо из Демократической Республики Конго и 16 человек из Коннектикута. Они выделили бактериальную ДНК из этих образцов, амплифицировали ДНК присутствующих генов гиразы B и каталогизировали вариации в пределах трех основных бактериальных семейств, чтобы создать генеалогическое древо микробиома для трех семейств бактерий — Bacteroidaceae, Bifidobacteriaceae и Lachnospiraceae, которые вместе составляют около 20 процентов всех микробов в кишечнике человека, включая бактерии и их родственников, архей.
Только бактерии из семейств Bacteroidaceae и Bifidobacteriaceae показали совместное родство со своими обезьянами-хозяевами, при этом микробное разнообразие кишечника было самым низким у людей и самым высоким у горилл.«После того, как мы откалибровали молекулярные часы, мы смогли датировать разделение бактерий человека и шимпанзе примерно 5,3 миллиона лет назад, а кишечные бактерии человека и гориллы разделились примерно 15,6 миллиона лет назад, что примерно соответствует тому, что мы знать по ископаемым и геномным данным хозяев », — сказал Меллер. «Это еще одно доказательство того, что кишечные бактерии родились с людьми».
«В некотором смысле видообразование хозяев похоже на дрейф континентов: когда два континента отдаляются друг от друга, целые биоты начинают расходиться», — сказал Меллер. «Здесь, когда хозяева разделяются, значительная часть их микробиоты также расщепляется и диверсифицируется».Третье генеалогическое древо бактерий, Lachnospiraceae, было более сложным.
По-видимому, было по крайней мере четыре раза, когда эти бактерии переносились между разными видами хозяев. Исследователи предполагают, что, поскольку эти бактерии образуют споры и, таким образом, могут выживать вне своих хозяев в течение длительного времени, они легко передавались между видами.«Мы показали, что микробиом представляет собой смесь микробных линий, некоторые из которых произошли от нас, а некоторые передались от одного вида хозяина к другому», — сказал он.
Они также изучили микробные метагеномы африканцев из Малави и увидели явные различия между африканской и американской микробиотой человека, при этом некоторые родословные, по-видимому, утеряны американцами.«В будущем будет интересно провести полное исследование человеческих популяций с использованием этого метода на уровне штаммов, чтобы увидеть, можем ли мы использовать бактерии для реконструкции истории человеческих миграций», — сказал он.