Stosy starożytnej kupy ujawniają “zdarzenie wyginięcia” ludzkich bakterii jelitowych

Każdy posiłek, który spożywasz, jest trawiony za pomocą obfitych bakterii w jelitach. Po zakończeniu trawienia te bakterie są również częścią tego, co jest wydalane. Teraz 1000-letnie stosy wyschniętej kupy oferują wgląd w to, jak miliardy ekosystemów bakteryjnych w ludzkich jelitach zostały zmienione przez warunki sanitarne, przetworzoną żywność i antybiotyki.

W badaniu opublikowanym w Nature, naukowcy przeanalizowali starożytne DNA z koprolitów lub zakonserwowanych odchodów, znalezionych na tyłach skalnych schronów w Utah i Meksyku. Dane dają naukowcom pierwsze dobre spojrzenie na starożytne zbiorowiska bakterii jelitowych – mówi biolog z Uniwersytetu Stanforda, Justin Sonnenburg. „Te paleofekalia są odpowiednikiem wehikułu czasu”.

Sugerują, że w ciągu ostatniego tysiąclecia ludzkie jelita doświadczyły „zdarzenia wymarcia”, w wyniku którego utraciły dziesiątki gatunków i stały się znacznie mniej zróżnicowane – mówi główny autor i mikrobiolog z Harvard Medical School, Aleksandar Kostic. „To są rzeczy, których nie odzyskamy”.

Wcześniejsze badania wykorzystywały bakterie jelitowe dzisiejszych łowców-zbieraczy i pasterzy jako zastępcę starożytnego mikrobiomu. Ich różnorodność mikrobiologiczna znacznie przewyższa różnorodność ludzi w społeczeństwach przemysłowych, a naukowcy powiązali małą różnorodność z wyższymi wskaźnikami „chorób cywilizacyjnych”, w tym cukrzycy, otyłości i alergii. Nie było jednak jasne, jak wiele wspólnego mają dzisiejsi ludzie spoza przemysłu ze starożytnymi ludźmi. „Naprawdę chcieliśmy móc cofnąć się w czasie i zobaczyć, kiedy nastąpiły te zmiany [we współczesnym mikrobiomie jelitowym] i co je powoduje” – mówi genetyk z Harvard University Christina Warinner, współautorka artykułu.

Międzynarodowy zespół przeanalizował osiem starożytnych koprolitów zachowanych przez suchość i stabilne temperatury w trzech schronach skalnych w Meksyku i południowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych. Naukowcy datowali radiowęglowo próbki, z których część została wydobyta prawie 100 lat temu i była przechowywana w muzeum, na okres pomiędzy 0 a 1000 r. p. n. e. Meradeth Snow, antropolog molekularny z University of Montana w Missoula, następnie rehydratyzowała maleńkie kawałki kału, odzyskując dłuższe nici DNA niż poprzednie analizy paleofekali.

Wcześniejsze próby analizy starożytnego mikrobiomu jelitowego zostały zniweczone przez wyzwanie polegające na oddzieleniu DNA starożytnych bakterii jelitowych od DNA drobnoustrojów atakujących z otaczającej gleby – mówi dr Marsha Wibowo, student Harvard’s Joslin Diabetes Center, która przeanalizowała DNA. Wyodrębniła starożytne gatunki jelit, skupiając się na DNA, które zostało uszkodzone przez czas, oraz na sekwencjach bakterii, o których wiadomo, że są związane z jelitami ssaków. Jednak niektóre starożytne DNA były nieznane, najwyraźniej reprezentując nigdy wcześniej nie widziane rodzaje wymarłych bakterii.

Koprolity dostarczyły 181 genomów, które były zarówno starożytne, jak i prawdopodobnie pochodziły z ludzkich jelit. Wiele przypominało te znalezione w dzisiejszych nieprzemysłowych próbkach jelit, w tym gatunki związane z dietą bogatą w błonnik. Fragmenty żywności w próbkach potwierdziły, że dieta starożytnych ludzi obejmowała kukurydzę i fasolę, typowe dla wczesnych rolników w Ameryce Północnej. Próbki z miejsca w Utah sugerowały bardziej eklektyczną, bogatą w błonnik „dietę głodową”, w tym opuncję figową i koniki polne.

Ale starożytne mikrobiomy również różniły się od swoich współczesnych odpowiedników, na przykład brakowało markerów oporności na antybiotyki. Były też znacznie bardziej zróżnicowane, w tym dziesiątki nieznanych gatunków. „Tylko w tych ośmiu próbkach pochodzących ze stosunkowo ograniczonej topografii i okresu znaleźliśmy 38% nowych gatunków” – mówi Kostic.

Na przykład bakterie Treponema są praktycznie nieznane w uprzemysłowionym mikrobiomie jelitowym i pojawiają się tylko sporadycznie u ludzi prowadzących obecnie nieprzemysłowy styl życia. Ale „Są obecne w każdym z paleoodchodów, we wszystkich miejscach geograficznych” – mówi Kostic. „To sugeruje, że to nie tylko dieta kształtuje rzeczy”. Ma nadzieję, że przyszłe eksperymenty na koprolitach z innych okresów pozwolą wyodrębnić, kiedy miały miejsce największe zmiany i co je spowodowało.

Odkrycia są echem innego badania znacznie starszych próbek, które Warinner i współpracownicy opublikowali w tym tygodniu, w którym opisano DNA z niezidentyfikowanych wcześniej drobnoustrojów na zębach neandertalczyków i wczesnych współczesnych ludzi.

Nowe dane dotyczące starej kupy pokazują, że nikomu na dzisiejszej planecie nie oszczędzono zmian w ich mikrobiomie. „Populacje nieprzemysłowe, w tym ich mikrobiomy, nie powinny być uważane za zastępstwo dla naszych przodków” – mówi genetyk z Massachusetts Institute of Technology Mathieu Groussin.

Odkrycia sugerują również, że w niedalekiej przeszłości straciliśmy wielu pomocników drobnoustrojów, a nasze ciała mogły nie mieć czasu na przystosowanie się. „To badanie daje nam złoty standard pozwalający sprawdzić, jakie gatunki straciliśmy” – mówi Sonnenburg.

Ponieważ zgodnie z prawem Stanów Zjednoczonych odchody nie są uważane za szczątki ludzkie, mówi Warinner, na początku niewiele było dyskusji na temat etyki badań. Ale kiedy grupa dotarła do kilkudziesięciu plemion na południowym zachodzie, niektórzy powiedzieli, że próbki były łącznikiem z ich przodkami i byli zdenerwowani, że nie skonsultowano się z nimi wcześniej. Badanie zawiera teraz oświadczenie etyczne, pierwszy dokument dotyczący paleofekaliów.

Genetyk Keolu Fox z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego mówi, że zespół nie posunął się wystarczająco daleko. Jak mówi, wgląd w starożytne jelita może pewnego dnia wpłynąć na komercyjne wysiłki mające na celu przekształcenie współczesnych mikrobiomów. To rodzi złożone pytania, kto jest właścicielem takich danych. „To podobno odpad, ale zawiera DNA i profile różnorodności mikrobiologicznej. Może ta kupa jest dosłownie złota – mówi Fox. „Wkraczamy w zupełnie nową szarą strefę”.

Źródło: Andrew Curry

Reconstruction of ancient microbial genomes from the human gut

Zdjęcie: ALAMY STOCK PHOTO

Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x