Tarmmikrober og mennesker på en fælles evolutionær rejse

Det menneskelige tarmmikrobiom er sammensat af tusindvis af forskellige bakterier og arkæer, der varierer meget mellem populationer og individer. Forskere fra Max Planck Institute for Biology i Tübingen har nu opdaget tarmmikrober, der deler en parallel evolutionær historie med deres menneskelige værter:Mikroorganismerne udviklede sig sammen i det menneskelige tarmmiljø gennem hundredtusinder af år. Derudover udviser nogle mikrober genomiske og funktionelle træk, der gør dem afhængige af deres vært. Nu udgivet i Science , præsenterer forskerne resultaterne af deres undersøgelse udført med data fra 1.225 individer fra Afrika, Asien og Europa.

Mange mikrobearter i den menneskelige tarm kan findes på tværs af populationer fra hele verden. Inden for en mikrobeart varierer mikrobestammerne imidlertid bemærkelsesværdigt mellem individer og populationer. På trods af deres betydning for menneskers sundhed, var der indtil videre lidt kendt om oprindelsen af ​​disse stammer. Desuden lever de fleste af disse stammer næsten udelukkende i den menneskelige tarm. Dette rejser spørgsmålet om, hvor mikroorganismerne i den menneskelige tarm kommer fra.

Sammenkædning af mikrobers og menneskers historie

Forskerholdet formodede, at specifikke arter og stammer har været med mennesker, mens menneskeheden var diversificeret og spredt over hele kloden. For at teste, om mikrober udviklede sig og diversificerede samtidigt med deres menneskelige værter, sammenlignede forskere fra Max Planck Institute for Biology, Institute for Tropical Medicine og Cluster of Excellence CMFI ved universitetet i Tübingen systematisk for første gang menneskets evolutionære historier. og tarmmikrober.

Forskerne skabte fylogenetiske træer til 1.225 menneskelige undersøgelsesdeltagere såvel som for 59 mikrobielle arter fundet i deres tarme, og brugte statistiske test til at undersøge, hvor godt disse træer matcher. Mere end 60% af de undersøgte arter matchede deres menneskelige værts evolutionære historie, hvilket betyder, at disse mikrober co-diversificerede over ~100.000 år i den menneskelige tarm, da folk fløj ud af Afrika på tværs af kontinenterne. "Vi vidste ikke, at nogen af ​​vores tarmmikrober fulgte vores evolutionære historie så tæt," siger Ruth Ley, leder af afdelingen for mikrobiomvidenskab ved Max Planck Institute for Biology, Tübingen, hvor undersøgelsen blev udført, og stedfortrædende talsmand. af CMFI.

Tarmmikrober blev afhængige af deres værter

"Det er også bemærkelsesværdigt, at de stammer, der fulgte vores historie nærmest, nu er dem, der stoler mest på tarmmiljøet," tilføjer Ley. Faktisk er nogle af de mikrobestammer, der udviklede sig sammen med mennesker, stærkt afhængige af det menneskelige tarmmiljø:de besidder mindre genomer og er mere følsomme over for iltniveauer og temperatur - egenskaber, der gør det vanskeligt at overleve uden for den menneskelige krop. I modsætning hertil viste mikroorganismer, der viste svagere association med menneskets historie, flere egenskaber, der ligner frie levende bakterier.

"Nogle af tarmmikroberne opfører sig, som om de er en del af det menneskelige genom," forklarer Taichi Suzuki, som deler hovedforfatteren af ​​undersøgelsen med sin kollega Liam Fitzstevens. "Du kan forestille dig, at disse mikrober er på en gradient fra 'fritlevende' til at være afhængige af det menneskelige kropsmiljø. Vi har set, at nogle menneskelige tarmbakterier er længere fremme i gradienten mod irreversibel værtsafhængighed end tidligere antaget."

Ley siger:"Dette ændrer fundamentalt, hvordan vi ser på det menneskelige tarmmikrobiom."

Befolkningsspecifik tilgang til mikrobiom-baserede terapier

For at få data fra en forskelligartet undergruppe af den globale befolkning analyserede forskerholdet tarmmikroberne og genomerne fra 1.225 individer i Europa, Asien og Afrika. Afførings- og spytprøverne blev indsamlet med hjælp fra forskere fra Institut for Tropisk Medicin ved Universitetet i Tübingen og deres partnere i Vietnam og Gabon. Derudover støttede forskere over hele kloden undersøgelsen ved at levere lignende datasæt fra deltagere rekrutteret i Cameroun, Sydkorea og Storbritannien.

Resultaterne af undersøgelsen hjælper til yderligere at forstå populationsspecifikke mikrober, der længe har været forbundet med den lokale menneskelige befolkning. Med denne viden kan mikrobiom-baserede behandlinger af sygdomme tilpasses og forfines til en populationsspecifik behandling. + Udforsk yderligere

Undersøgelse afslører nogle hemmeligheder om, hvordan mikrober og deres gener krydser kloden