Naukowcy gromadzą coraz więcej dowodów na to, że mikroby znajdujące się w ludzkim układzie pokarmowym odgrywają istotną rolę przy wielu chorobach, na przykład cukrzycy. Różne warianty mikrobiomu, czyli zbioru bakterii i mikrobów w jelitach, mogą być szkodliwe dla ludzi. Eksperci z Joslin Diabetes Center odkryli ogromne różnice pomiędzy mikrobiomem jelitowym dawnych mieszkańców Ameryki Północnej, a tym u współczesnych ludzi. Badania rzucają nowe światło na ewolucję mikrobiomu, następującą w wyniku uprzemysłowienia i zmian w diecie.
Badacze przeanalizowali mikrobiom znaleziony w wysuszonych odchodach rdzennych mieszkańców Ameryki Północnej. Analizowane próbki pochodziły z bardzo suchych jaskiń w Meksyku oraz ze stanu Utah w USA. Wyniki badań opublikowano w magazynie „Nature”.
Analiza genomu starożytnych mikrobów jelitowych człowieka ujawniła nieznane nauce gatunki, które „mieszkały” w organizmach naszych praprzodków. - To pierwszym takie odkrycie w historii – przekonuje główny autor badań dr Aleksandar Kostic z Harvard Medical School.
Wcześniej naukowcy przeprowadzili badania mikrobiomu dzieci z Finlandii i Rosji. Kostic wraz z zespołem wykazali, że osoby z regionów uprzemysłowionych, miały bardzo różne mikrobiomy jelitowe od dzieci z obszarów wiejskich. - Byliśmy w stanie zidentyfikować specyficzne mikroby, które naszym zdaniem utrudniały prawidłową reakcję immunologiczną - mówi Kostic. - Prowadzi to później do częstszych zachorowań nie tylko na cukrzycę, ale także na inne choroby autoimmunologiczne i alergiczne – dodaje.
Jak więc wyglądał zdrowy ludzki mikrobiom przed epoką przemysłową? - Jestem przekonany, że nie można odpowiedzieć na to pytanie badając współcześnie żyjących ludzi - mówi Kostic.
Problem pomógł rozwiązać Steven LeBlanc, archeolog z Harvard's Peabody Museum of Archaeology and Ethnology. Przyszedł on do Kostica z alternatywnym źródłem informacji. Ślady mikrobiomu znaleziono bowiem w wysuszonych próbkach ludzkich odchodów sprzed tysięcy lat.
Kostic i Marsha Wibowo porównali florę bakteryjną z ośmiu wyjątkowo dobrze zachowanych starożytnych próbek odchodów, które znaleziono w suchych jaskiniach. Niektóre z nich pochodziły z pierwszego wieku naszej ery. Wyniki porównano z próbkami pobranymi od blisko 800 osób, z których połowa odżywiała się żywnością ekologiczną, zaś druga połowa jadła produkty wytwarzane przemysłowo.
Okazało się, że różnice między populacjami mikrobiomu były uderzające. - Na przykład bakteria znana jako Treponema succinifaciens nie występuje w żadnym z analizowanych przez nas mikrobiomów z krajów zachodnich, ale jest we wszystkich ośmiu mikrobiomach starożytnych - mówi Kostic. Naukowcy stwierdzili, że starożytne mikrobiomy lepiej pasowały do współczesnych mikrobiomów występujących u ludzi nie odżywiających się produktami wytwarzanymi przemysłowo.
Odkryli też, że prawie 40 proc. starożytnych gatunków mikrobów nie jest znanych współcześnie. Co może tłumaczyć tak dużą zmienność genetyczną? - W starożytnych kulturach żywność była bardziej zróżnicowana - spekuluje Kostic. - W miarę postępu industrializacji i upowszechnienia „diety sklepowej” ludzie przestali przyjmować składniki odżywcze, które wspomagały różnorodność mikrobiomu – dodaje.
Starożytne mikrobiomy miały również stosunkowo wyższą liczbę transpozaz (enzymów wpływających na transpozycyjne elementów DNA). - Uważamy, że dawne mikroby były dużo bardziej zmienne, niż te współczesne. Dziś przez cały rok jemy te same rzeczy. Natomiast w bardziej tradycyjnym środowisku wszystko się zmieniało i mikroby musiały się przystosowywać – przekonuje Kostic.
Starożytne populacje mikrobów zawierały też mniej genów związanych z odpornością na antybiotyki oraz genów odpowiadających za produkcję białka degradującego śluz jelitowy, co prowadzi do stanów zapalnych i różnych chorób.
Naukowcy spierają się również o ewolucję mikrobów. Nie do końca wiadomo, czy są one przekazywane z pokolenia na pokolenie, czy też zmieniają się wraz ze zmianami środowiskowymi. Praca rzuca na problem nowe światło.
Patrząc na genom bakterii Methanobrevibacter smithii w starożytnych próbkach, naukowcy odkryli, że jej ewolucja postępowała z czasem. - Te mikroby, tak jak nasze własne genomy, podróżowały razem z nami, gdy zasiedlaliśmy Ziemię - mówi Kostic.
W badaniach starożytnych próbek odchodów wykorzystano metodę datowania radiowęglowego. Potwierdzono również brak zanieczyszczeń próbek i pochodzenie fekaliów od ludzi. Dzięki nowoczesnym technologiom dla każdej próbki sprzed tysięcy lat przeprowadzono sekwencjonowanie i uzyskano około 400 milionów odczytów DNA.
Naukowcy planują rozszerzyć swoje badania na wiele innych próbek starożytnego mikrobiomu. Chcą w ten sposób poznać kolejne, nowe gatunki mikrobów i odkryć ich funkcje metaboliczne. Kostic jest również zainteresowany możliwością wskrzeszenia starożytnych mikrobów w laboratorium. Miałoby się to odbyć poprzez „wstawienie” genomów do najbliższego, pokrewnego gatunku bakterii. - Jeśli uda nam się wyhodować starożytne mikroby w laboratorium, będziemy mogli zrozumieć ich fizjologię o wiele, wiele lepiej - mówi.
Źródło: Joslin Diabetes Center, fot. DataBase Center for Life Science/ CC BY 4.0/ Wakana Sasaki/ Wikimedia Commons
