Некоторые из кишечных бактерий присутствуют в организме человека уже тысячи лет

Фото из открытых источников

Две группы охотников-собирателей, живущие на расстоянии друг от друга через океан, имеют более 1200 видов кишечных бактерий, и гены этих бактерий совпадают с генами древних миграций человека. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature.

Кишечная микрофлора может быстро меняться, изменяясь в зависимости от времени года и рациона питания. Однако два народа, живущие на расстоянии друг от друга и чьи предки разошлись давным-давно, имеют в своем составе значительную долю одних и тех же видов бактерий. Охотники-собиратели хадза из Танзании и цимане из боливийской Амазонии имеют более 1200 общих видов кишечной микрофлоры.

Анализ ДНК многих из этих бактерий позволяет предположить, что они попали в Америку вместе с людьми из Африки. Если это так, то многие микробы, исчезающие сейчас из кишечника людей, подвергшихся воздействию промышленных предприятий, существовали у человека по меньшей мере с тех пор, как люди распространились по планете.

Работу возглавил микробиолог Джастин Зонненбург вместе с Бенджамином Гудом. Гуд — физик, изучающий эволюцию триллионов микробов в кишечнике. Команда работала с образцами кала живых людей, а не древних останков, и изучала историю бактерий по их генам.

Эти две группы питаются совершенно по-разному. Хадза охотятся на импал, дикобразов, птиц и рыбу, а также собирают клубни и ягоды. Цимэйн выращивают большую часть своей пищи, например, бананы, рис, маниоку и кукурузу, а также едят рыбу и пекари — лесных животных, похожих на свиней.

Для этого исследования команда секвенировала 133 образца стула от 85 представителей народа цимане из девяти деревень. Они сравнили их с образцами от 137 представителей народа хадза, которые группа Зонненбурга секвенировала для исследования 2023 года.

Несмотря на различия в рационе питания, наблюдалось значительное совпадение. В образцах, взятых у цимане, было обнаружено 1408 видов микробов, и 1231 из них также встречались у хадза. Из видов, обнаруженных у цимане, 848 являются редкими или отсутствуют в кишечнике людей в промышленно развитых странах.

Зонненбург рассказал о том, что больше всего удивило команду. «Тот факт, что у этих популяций было более 1200 общих видов бактерий, очень поразил нас, поскольку эти человеческие популяции жили на разных континентах и не контактировали напрямую на протяжении десятков тысяч лет», — сказал Зонненбург.

Исследователи ожидали больших перемен после столь долгого периода разлуки и после путешествия предков цимане через Азию и Америку.

Наличие общих видов не доказывает, что они появились во время миграции. Люди также подхватывают бактерии из окружающей среды и от других групп. Поэтому команда сравнила штаммы, различные варианты внутри вида, и задалась вопросом, когда в последний раз происходило смешение штаммов каждой популяции.

Кишечные бактерии размножаются, и ошибки копирования накапливаются с довольно постоянной скоростью. Бактерии также быстро эволюционируют и часто обмениваются фрагментами ДНК с другими штаммами. Два штамма, недавно обменявшиеся ДНК, имеют длинные идентичные участки, которые укорачиваются по мере накопления новых мутаций.

В ходе исследования 636 видов, геномы которых были достаточно обособлены для сравнения, штаммы из одной популяции часто оказывались близкими родственниками. Штаммы с противоположных сторон океана встречались крайне редко. В 545 из этих 636 видов команда не обнаружила никаких признаков передачи штаммов между двумя группами примерно за последние 5000 лет.

Другими словами, каждая группа, по-видимому, унаследовала свои бактерии от собственных предков, а не обменивалась ими в последнее время.

Затем команда оценила, как давно прекратился обмен ДНК между штаммами каждой популяции. Для цимане и хадза типичная оценка составила около 17 000 лет.

В индустриально развитых странах возраст популяций выглядел совсем иначе. Для населения Европы и Северной Америки этот показатель оценивается примерно в 1100 лет, а для Азии и Северной Америки — примерно в 4600 лет. Бактерии до сих пор перемещаются между этими популяциями, что, вероятно, искажает любые более древние данные.

Однако бактериальные часы остаются неопределенными. С учетом этого, оценка Цимэйн и Хадза находится примерно между двумя контрольными точками. Люди начали покидать Африку около 60 000–70 000 лет назад. Люди достигли Америки примерно 16 000–23 000 лет назад.

Второй, независимый метод, использованный для 15 видов с достаточным количеством данных, также отдал предпочтение древнему разделению, а не постоянному смешиванию.

«Мы видим доказательства того, что эти бактерии присутствовали у предков как цимане, так и хадза, и, следовательно, предположительно, у предков всех нас», — сказал Гуд.

Не все виды соответствовали этой схеме. У некоторых, включая Escherichia coli и Akkermansia muciniphila, штаммы, общие для цимане и хадза, были обнаружены гораздо позже. Близкие родственники этих штаммов были найдены у людей из Европы, Азии и Северной Америки.

Зонненбург заявил, что данные указывают на то, что эти микробы попали в обе группы совсем недавно, в результате контакта с людьми или товарами из промышленно развитых стран.

Другие виды, такие как Ruminococcus bromii, распространены почти повсеместно. Тем не менее, их штаммы из регионов Цимэйн и Хадза в последнее время редко смешивались. Штаммы из разных промышленно развитых регионов, как правило, смешивались чаще.

Исследование не показало, что потеря этих микробов вызывает у кого-либо заболевания. Аутоиммунные заболевания, диабет 2 типа и ожирение распространены в промышленно развитых странах и редки в неиндустриализованных группах населения. Вопрос о том, играет ли роль потеря кишечной микробиоты, остается открытым.

Зонненбург рассказал, что антибиотики и западная диета уничтожают в кишечнике виды микроорганизмов, которые на протяжении тысячелетий были частью эволюционной истории человека.

«Мы не уверены в последствиях для здоровья человека, но кишечные микробы влияют на биологию человека множеством различных способов», — добавил Зонненбург. «Вероятно, для нашего здоровья важно обеспечить, чтобы мы не допустили дальнейшего ухудшения состояния этого сообщества, и попытаться понять, необходимо ли восстановление биоразнообразия».

Определение возраста раскола основывалось на анализе бактерий, выделенных из живых людей. Сохранившиеся древние фекалии существуют, но изученные на данный момент образцы имеют возраст всего около 1000–2000 лет. Они слишком молоды, чтобы напрямую проверить возраст раскола.

Далее команда Зонненбурга планирует изучить виды бактерий, которые распространились в кишечнике животных, подвергшихся индустриальному разведению. Исследователи предполагают, что некоторые из них вызывают воспаление, которое может способствовать развитию хронических воспалительных и метаболических заболеваний.

Авторы также подняли идею возвращения утраченных видов в организм человека. Они написали, что исследователям, специалистам по этике и коренным общинам необходимо будет совместно работать над этим вопросом.