Сравнительное исследование геномов людей и человекообразных обезьян проливает свет на развитие кишечного микробиома
Учёные из Центра совместных исследований (CRC) 1182 "Происхождение и функция метаорганизмов" в Киле провели крупнейшее на сегодняшний день исследование, сравнив данные о микробиоме различных человекообразных обезьян с данными людей, ведущих сельский и городской образ жизни. Цель — выявить закономерности сходства и различий в микробном составе у разных хозяев.
Исследование, опубликованное в Nature Communications, было проведено совместно с учёными из ряда институтов, включая Институт здоровья "Единое здоровье" Общества Гельмгольца в Грайфсвальде.
Методология исследования
Команда провела метагеномное исследование, используя около 200 образцов стула от:
- Диких африканских человекообразных обезьян (шимпанзе и гориллы).
- Людей из Демократической Республики Конго и Кот-д'Ивуара (сельская местность).
- Людей из Дании и Германии (городская среда).
Этот набор данных позволил определить разнообразие и состав видов микроорганизмов в соответствующих микробиомах и сравнить их с точки зрения эволюции и влияния окружающей среды.
Ключевые результаты
Высокая специфичность микробиома для хозяина. Состав микробного сообщества кишечника каждого организма имеет характерный состав. Учёные могли чётко отличить микробиом шимпанзе, гориллы или человека по разным видам бактерий и их пропорциям.
Филосимбиоз. Состав микробиома следует эволюционной траектории своих хозяев по степени сходства. Это подтверждает совместную эволюцию (филосимбиоз) хозяина и симбионтов на протяжении длительного времени.
Потеря эволюционно консервативных микроорганизмов у людей. Исследование показало, что некоторые эволюционно консервативные микроорганизмы последовательно теряются у людей с городским образом жизни.
- Пример: бактерии рода Prevotella. Они редко встречаются в европейских микробиомах, чаще — у людей из африканских стран и в огромных количествах — у животных-хозяев. Это указывает, что Prevotella были неотъемлемой частью микробиома гоминид миллионы лет, но их количество значительно сократилось в кишечнике человека в связи с городским образом жизни.
Функциональный анализ изменений
Анализ генетических различий между бактериями Prevotella у людей и шимпанзе выявил, что у 90% бактерий, ассоциированных с человеком, присутствует специфический ген, отсутствующий у видов, обнаруженных у обезьян.
- Эксперименты с моделью бактерии Escherichia coli показывают, что этот ген позволяет микроорганизмам очень чувствительно реагировать на кислород и, возможно, помогает выживать в условиях, не полностью лишённых кислорода (как временно бывает в человеческом кишечнике).
- Это может быть функциональной адаптацией бактерий к жизни именно в кишечнике человека. Однако длительное присутствие кислорода в кишечнике часто связано с воспалительными процессами, особенно при хронических воспалительных заболеваниях кишечника (IBD), когда уровень кислорода в кишечнике резко возрастает.
Выводы и перспективы
Исследование предоставляет важные новые данные о взаимосвязи городского образа жизни, потери эволюционно консервативных бактериальных групп и возможных функциональных адаптациях человеческого микробиома.
"Хотя мы всё ещё не можем окончательно связать такие заболевания, как IBD, с этими факторами, у нас теперь есть убедительные дополнительные доказательства, которые делают нарушения и изменения в человеческом микробиоме правдоподобными механизмами развития болезней", — говорит профессор Андре Франке, последний автор исследования.
Цель дальнейших исследований — изучить эти взаимосвязи, чтобы в будущем обеспечить профилактические или терапевтические вмешательства при заболеваниях, связанных с микробиомом.