Микробы кишечника последовали за мигрировавшими людьми через континенты, предполагает новое исследование
Семья цимане готовится к утру, в большой кастрюле варятся корни маниоки для приготовления шокье, местного ферментированного напитка. Народ хадза — охотники-собиратели, которые бродят по северной Танзании тысячи лет. Коренное население цимане охотится, рыболовствует и собирает в боливийской Амазонии, в примерно 7000 милях отсюда. Эти две сельские общины, разделённые океаном, могут казаться мало похожими. Но новое исследование показывает, что у них есть поразительные сходства в составе бактерий в кишечнике.
Эксперты говорят, что новая статья в журнале Nature предполагает: это микробное родство могло сформироваться давно, до того как миграции людей разъединили предков этих групп. Исследование, основанное на образцах кала из обеих групп, также показало, что микробиомы хадза и цимане существенно отличаются от городских жителей, даже живущих неподалёку.
«Культура питания»: как продукты помогают микробам внутри нас процветать. Результаты указывают на то, что некоторые штаммы кишечных бактерий долгое время сосуществовали с людьми, возможно, на взаимовыгодных условиях. Это идея, которая, по мнению некоторых учёных, вызывает вопросы о последствиях утраты этих микробов в условиях современного образа жизни.
«Если нас населяли очень похожие микробы на протяжении долгого времени, это предполагает, что наш человеческий геном мог выработать ожидание определённого набора микробов и их функций», — говорит Джастин Зонненбург, профессор микробиологии и иммунологии в Стэнфорде и старший автор исследования. «Когда вы начинаете терять биоразнообразие в кишечнике, могут возникнуть серьёзные проблемы, которые потребуют от человеческой биологии приспособиться и компенсировать это».
Другие исследователи, не причастные к статье, говорят, что гипотеза интригующая, но ещё не доказана — и что, возможно, есть причина, почему эти микробы редко встречаются в кишечниках городских жителей. «Альтернативный вариант в том, что микробиом индустриального образа жизни может быть фактически адаптирован к этому образу жизни», — говорит Эндрю Моэллер, доцент эволюционной биологии в Принстоне. «С точки зрения здоровья хорошо ли или вредно, что индустриальные люди потеряли много древних микробных таксономических групп? Мы на самом деле не знаем».
Идея заморозки: как сохранить полезные микробы на случай катастроф. Документирование того, что сохранилось и что потеряно, — шаг к выяснению этого, добавляет он.
Микробы отправились в путь вместе с мигрировавшими людьми. Зонненбург ранее сравнивал микробиомы хадза с микробиомами индустриализированного населения. Он и его коллеги захотели сравнить эти две общины между собой. «Они ведут образ жизни гораздо более похожий на образ жизни наших предков, и поэтому он более благоприятен для микробов, передававшихся из поколения в поколение в ходе человеческой эволюции», — говорит Зонненбург.
Тем не менее основное совпадение оказалось «поразительным», говорит он. Сравнивая генетический материал в образцах кала десятков людей, собранных в рамках проекта Tsimane Health and Life History Project, с ранее проведённым анализом сообщества хадза, Зонненбург и коллеги обнаружили около 1200 одинаковых видов бактерий, обитающих в их кишечниках — почти 90% совпадения.
В типичном микробиоме кишечника сотни и тысячи видов взаимодействуют друг с другом — в основном бактерии, а также некоторые грибы и вирусы. «Микробы помогают нам переваривать пищу в кишечнике, выделяют молекулы, которые всасываются в кровоток», — говорит Зонненбург. «А наша кровь, конечно, циркулирует по всему телу».
Кишечные бактерии могут влиять на настроение, поведение и реакцию организма на инфекции, затрагивая фундаментальные аспекты биологии и здоровья, добавляет он. Микробиомы динамичны — это значит, что они могут быстро меняться в зависимости от того, что мы едим и какие лекарства принимаем.
Поэтому удивительно, что хадза и цимане — изолированные общины, живущие очень далеко друг от друга, употребляющие разные овощи, рыбу и мясо — имеют кишечные бактерии, которые во многом сходны, говорит Зонненбург. Он и его коллеги полагают, что общий микробный профиль хадза и цимане восходит к их общим предкам в Африке, до того как часть этих людей покинула континент, прошла через Евразию и пересекла сухопутный мост, который когда-то соединял Россию с Аляской, а затем в итоге поселилась в боливийской Амазонии. Позже, по мере подъёма уровня моря, этот мост исчез.
«Когда сухопутный мост исчез, стало ясно, что им будет очень трудно обмениваться кишечными бактериями традиционными способами человеческого контакта», — говорит Бен Гуд, теоретический биофизик из Стэнфорда и соавтор исследования.
Используя методики датирования, основанные на скоростях изменений у бактерий, они определили, что в среднем микробные штаммы, вероятно, имели общего предка около 17 000 лет назад — некоторые датируются ещё раньше. «Это согласуется с идеей о том, что эти популяции в Южной Америке, Африке и, вероятно, в других частях мира не просто приобретают микробы из окружающей среды, подходящие для их образа жизни, а передают микробы из поколения в поколение», — говорит Зонненбург.
Другие исследователи согласны с тем, что результаты поддерживают концепцию: значительная часть микробиома кишечника мигрировала вместе с людьми и, вероятно, эволюционировала вместе с ними. «Если бактерии и люди имели общую историю на протяжении многих поколений, появляется больше возможностей для отбора», — говорит Тайчи Судзуки, ассистент-профессор в Государственном университете Аризоны, не причастный к этой статье, который занимается исследованиями микробиома. «Мы ожидали бы больше потенциальных зависимостей между соэволюционировавшими кишечными микробами и нашим собственным геномом».
Дети рождаются с «пустым» микробиомом и начинают приобретать кишечные бактерии сразу. «Сначала мы получаем микробы от родовой влагалищной среды матери, от кожи матери», — говорит Судзуки, «затем по мере развития мы получаем микробы в основном от других людей в доме и в общине». Эта передача от человека к человеку происходит фекально-оральным путём — через заглатывание микроскопических частиц фекалий в воздухе и пыли — и выполняет важную функцию передачи микробов, специфичных для человека, говорит Моэллер из Принстона.
«Чтобы это казалось менее отвратительным, можно представить, насколько эти существа малы», — говорит он, — «они имеют размер порядка микрона или меньше, и, по сути, достаточно одной клетки, чтобы основать новую популяцию». Кишечник также захватывает «генералистские» микробы, существующие в окружающей среде, при употреблении пищи, почвы и воды, говорит Моэллер. Например, E. coli — бактерия, встречающаяся во многих местах и процветающая в организмах людей и многих животных.
Некоторые исследователи гипотезируют, что микробы, коэволюционировавшие с людьми, могут помогать защищать здоровье человека — или по крайней мере причинять меньше вреда. Например, в одном случае у людей африканского происхождения выявлен гораздо более низкий риск серьёзного заболевания от африканского штамма H. pylori, предположительно потому, что их геномы развивались параллельно с этой бактерией, в сравнении с людьми других происхождений, у которых инфекция может привести к смертельному раку желудка. Это пример, демонстрирующий потенциальный вред рассогласования между микробами кишечника и человеческим геномом, говорит Судзуки.
Примерно 60% микробов кишечника, которые хадза и цимане имеют общими, редки или отсутствуют в кишечниках людей, ведущих современный индустриальный образ жизни, согласно статье. «Микробы, которые обитают в моём кишечнике, очень вряд ли являются теми, что передавались по поколениям от моих прапрапрадедов», — говорит Зонненбург. «Они гораздо более вероятно являются продуктом моего нынешнего образа жизни и людей, с которыми я общался локально».
Он считает, что утрата этих древних микробов может вредить здоровью людей. Несмотря на то, что доказать причинно-следственную связь сложно, «множество указателей указывает в одном направлении: наш современный микробиом изменился таким образом, что это может способствовать воспалению, быть вредным для нас и приводить к воспалительным заболеваниям», — говорит Зонненбург.
Потребуется много научной работы, чтобы доказать или опровергнуть эту теорию. «Что касается эволюционных вопросов — с какими из этих микробов мы коэволюционировали? Какие из них мы потеряли, и было бы полезно их вернуть? — для этой линии вопросов пока ещё ранние дни», — говорит Моэллер из Принстона.
Тем не менее он добавляет, что определение того, какие кишечные бактерии сопровождали людей долгое время, помогает продвинуть эту область науки вперёд.
NPR не предлагает и не принимает оплату за материалы или интервью. Кто-либо, кто делает такие предложения или запросы, не является сотрудником NPR и не представляет NPR.