Человечество теряет кишечную микрофлору, передававшуюся из поколения в поколение

Фото из открытых источников

Кишечные бактерии, возможно, сопровождают человека на протяжении тысячелетий, но многие виды отсутствуют в популяциях, развитых в промышленных условиях. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Некоторые виды бактерий, обитающие в кишечнике человека, могли сопровождать наших предков на протяжении десятков тысяч лет. По мере того, как люди перемещались по миру и создавали семьи, они, по всей видимости, передавали эти микробы из поколения в поколение.

Новое исследование выявило признаки этой общей истории в двух общинах, живущих на значительном расстоянии друг от друга. Цимэйнцы живут в боливийской Амазонии, а хадза — на севере Танзании.

Несмотря на такое расстояние, в кишечнике обеих групп обитает множество одних и тех же видов бактерий. Возможно, их предки были носителями этих видов задолго до того, как эти сообщества стали жить на разных континентах.

Многие из этих бактерий сейчас встречаются редко или вовсе отсутствуют у жителей промышленно развитых стран. Ученые хотят понять, что именно исчезло и имеет ли эта потеря значение для здоровья.

В кишечнике обитает сообщество крошечных живых организмов, включая бактерии. Вместе эти микробы образуют то, что ученые называют кишечным микробиомом. Еда и общение с другими людьми помогают формировать это сообщество. Но у некоторых его членов история может быть гораздо дольше, чем собственная жизнь человека.

Микробиолог Джастин Зонненбург и его коллеги изучили эту возможность, сравнив цимане и хадза. Цимане выращивают сельскохозяйственные культуры, ловят рыбу и собирают дикорастущие продукты; хадза охотятся и собирают пищу.

В обеих популяциях до сих пор обитает множество микробов, которые исследователи редко обнаруживают в индустриально развитых странах. Изучение этих микробов может помочь выявить, какие бактерии жили в кишечнике человека в давние времена.

В отдалённых сообществах обитало множество видов, имеющих сходство. Исследователи собрали 133 образца стула у 85 представителей народа цимане. Они изучили микробную ДНК в этих образцах, чтобы идентифицировать микробы, обитающие в их кишечнике.

На основе этой ДНК команда смогла собрать 12 746 микробных геномов. Геном — это полный набор генетических инструкций, которые содержит организм. Они сравнили эту информацию с более ранними данными, полученными от 137 представителей народа хадза. Из 1408 видов микроорганизмов, обнаруженных в образцах цимане, 1231 также присутствовал в образцах хадза.

Это означает, что хадза были носителями большинства видов, встречающихся у цимане. Однако 848 из этих общих видов были редкими или отсутствовали у людей из промышленно развитых стран.

Обнаружение одних и тех же видов в обоих сообществах было лишь первым шагом. Исследователям еще предстояло выяснить, как эти микробы там оказались. Возможно, обе группы подхватили их сравнительно недавно, из окружающей среды или от других людей. Или, возможно, бактерии оставались у их предков на протяжении тысяч лет.

Чтобы различить эти возможности, команда исследовала различные варианты каждого вида бактерий, называемые штаммами. Представьте себе штаммы как представителей одного вида с небольшими различиями в их генетической структуре. Если два штамма имеют почти идентичную ДНК, они, вероятно, имеют относительно недавнего предка. Большие различия могут указывать на более длительный период разделения.

Исследовавшая группа ученых изучила 636 видов, обладая достаточным количеством ДНК-информации из обеих групп. Они искали пары штаммов, которые, вероятно, имели общего предка примерно в течение последних 5000 лет. Почти все эти тесно связанные пары происходили из одной общины. Почти 94% пар состояли из двух штаммов от цимане или двух от хадза.

Для 545 из 636 видов исследователи не обнаружили признаков недавнего обмена штаммами между сообществами. Таким образом, хотя обе группы содержали один и тот же вид, они обычно имели разные его варианты. Эта закономерность подтверждала идею древней связи. По-видимому, бактерии сохранились в каждой популяции, в то время как их штаммы изменялись независимо друг от друга с течением времени.

Чтобы оценить, как долго две группы штаммов были разделены, команда исследовала ДНК, которой бактерии обменивались друг с другом. В результате замены оба штамма будут содержать один и тот же длинный участок генетических инструкций.

Этот участок не остаётся неизменным. Со временем новые генетические изменения разрушают его, поэтому длина оставшейся части служит приблизительным индикатором момента, когда произошёл обмен. Анализ показал, что последний обмен ДНК между бактериальными линиями цимане и хадза произошел примерно 17 000 лет назад.

Европейские и североамериканские штаммы сделали это гораздо позже, около 1100 лет назад, а азиатские и североамериканские — около 4600 лет назад. Таким образом, кишечные бактерии по-прежнему перемещаются между промышленно развитыми регионами. Между этими двумя сообществами этот обмен в основном прекратился давным-давно.

Более ранняя дата приблизительно соответствует периоду заселения Америки людьми. Отдельная проверка, основанная на генетических различиях у 15 видов, показала схожий возраст.

Эта закономерность не подтвердилась для всех видов. Три вида бактерий показали признаки более позднего обмена штаммами между цимане и хадза. Это были Escherichia coli, Akkermansia muciniphila и Bacteroides ovatus. Все три вида также широко распространены среди населения промышленно развитых стран.

Исследователи сравнили еще 8855 микробных геномов из Европы, Азии и Северной Америки и обнаружили там также близких родственников этих штаммов. Они считают, что контакты с людьми извне этих сообществ, вероятно, и привели к напряженности в обеих группах.

Другие бактерии имели иную историю: они обитали в кишечнике по всему миру, но их штаммы из племен Цимэйн и Хадза все же демонстрировали древнюю обособленность. Широкое распространение не всегда означало, что вид распространился недавно.

Исследователи используют название VANISH для группы микробов, которые остаются распространенными в неиндустриализованных популяциях, но встречаются редко в индустриализованных.

Многие виды, встречающиеся у цимане и хадза, принадлежат к этой группе. Полученные результаты свидетельствуют о том, что их далёкие общие предки уже являлись носителями многих из этих бактерий.

В таком случае, жители промышленно развитых стран, возможно, утратили микробы, которые когда-то оставались с человеком на протяжении тысяч поколений. Зонненбург объяснил, что состояние его собственного кишечника может отражать более недавние события.

«Вряд ли микробы, населяющие мой кишечник, — это те самые микробы, которые передавались из поколения в поколение от моих прапрадедов», — сказал Зонненбург. «Вероятнее всего, они являются результатом моего нынешнего образа жизни и общения с людьми, которые меня окружают в нашем районе».

Этот вопрос остается без ответа. В данном исследовании изучалась микробная ДНК; оно не проверяло, были ли люди, имеющие эти бактерии, более здоровы. Авторы обсуждают более ранние данные, связывающие потерю микробов VANISH с некоторыми хроническими заболеваниями.

Однако наличие связи не доказывает, что потеря бактерий вызывает болезнь, и данное исследование не может показать, что их замена улучшит здоровье. У этой хронологической шкалы также есть ограничения, поскольку она зависит от оценок скорости изменений бактериальной ДНК. Даты являются полезными подсказками, а не точными ответами. Для восстановления популяции этих микробов потребуются исследования и участие коренных общин, которые до сих пор являются их носителями.