Mikroby dostosowują się do nowego środowiska wraz ze swoimi imigrantami

Mikroby dostosowują się do nowego środowiska wraz ze swoimi imigrantami

Ostatni artykuł opublikowany przez grupę Dana Knightsa na University of Minnesota i opublikowany w czasopiśmie Komórka donoszą, że skład mikrobiologiczny jelit i różnorodność zmieniły się w ciągu kilku miesięcy u imigrantów z wiejskich środowisk azjatyckich do USA. Najważniejsze wnioski autorów:

  • Imigracja do USA z regionów wiejskich w Azji wiąże się z utratą gatunków drobnoustrojów jelitowych, różnorodnością i utratą enzymów bakteryjnych związanych z degradacją włókien roślinnych
  • Bacteroides Szczepy wypierane z trawienia włókna Prevotella według czasu spędzonego w USA
  • Utrata różnorodności zwiększyła się wraz z otyłością i spotęgowała się z pokolenia na pokolenie

"Ludzie zaczęli tracić swoje rodzime mikroby niemal natychmiast po przybyciu do USA" - powiedział Knights, gdy udzielał wywiadu The Washington Post. "Utrata różnorodności była dość wyraźna: samo przybycie do USA, po prostu zamieszkałe w USA, wiązało się z utratą około 15 procent różnorodności mikrobiomów". Co ciekawe, dzieci imigrantów miały kolejny 5 do 10 procent utraty różnorodności .

Rycerze i jego koledzy badali względną obfitość i różnorodność drobnoustrojów jelitowych oraz ich zawartość genową w próbkach kału pochodzących od więcej niż imigrantek 500 z obszarów wiejskich w Azji, osób z plemienia Hmong i Karen. Aby uzyskać migawkę przed i po przybyciu do Stanów Zjednoczonych, naukowcy pobrali próbki mikrobiomów od kobiet 19 Karen przed ich wyjazdem i po ich przybyciu. Naukowcy porównali wszystkie te mikrobiomy z tymi z amerykańskich Amerykanów 36 urodzonych w Stanach Zjednoczonych.

Dominujący gatunek w jelitach imigrantów zmieniał się ze szczepów grupy bakterii zwanych Prevotella do grupy o nazwie Bacteroides. Rodzaj Prevotella należy do taksonów Bakteroidy które wraz z taksonami Firmicutes stanowi większość mikroorganizmów jelitowych w ludzkim przewodzie pokarmowym.

Podobne różnice w taksonach drobnoustrojów jelitowych między resztkami populacji zbieraczy myśliwych w Afryce (Hadza) i Ameryce Południowej (Yanomami), a populacjami żyjącymi w krajach uprzemysłowionych, w szczególności w Ameryce Północnej, Europie i Australii zostały wcześniej opisane (Smits i in. Nauka 357, 2017; De Filippo, PNAS 2010). Uprzemysłowione populacje mają mikrobiotyczki, które są zdominowane przez Bakterioidytymając na uwadze, że tradycyjne populacje na kontynencie afrykańskim, azjatyckim i południowoamerykańskim, które obejmują szereg stylów życia od wiejskich rolników po zbieraczy myśliwych, mają mikrobiotyczki, które są częściowo odróżniane przez ich bogactwo gatunków Prevotella, tak jak w badaniu Knight'a (Smits i in. Nauka).

Village Africa Burkina Faso
Na przykład w badaniu bakterii jelitowych dzieci w Burkina Faso, regionie w Afryce, Prevotella stanowiły 53% bakterii jelitowych, ale były nieobecne w dobranych wiekowo europejskich dzieciach. Badania wskazują również, że dieta długoterminowa jest silnie związana z składem mikrobiomu jelitowego - ci, którzy spożywają dużo tłuszczów białkowych i zwierzęcych typowych dla zachodniej diety, mają głównie bakterie Bacteroides, natomiast dla tych, którzy spożywają bardziej złożone węglowodany, zwłaszcza błonnik, gatunki Prevotella zdominować. Prevotella gatunki wytwarzają enzymy, które trawią błonnik zawierający pokarmy, które są bardziej powszechne w Azji niż w Stanach Zjednoczonych.

Podczas gdy te mikrobiologiczne różnice jelitowe między ludźmi żyjącymi w różnych częściach świata wydawały się początkowo stabilną cechą regionalną, dwa ostatnie badania, w tym te przeprowadzone przez Knighta, zdecydowanie sugerują, że mają one wpływ na dietę i inne czynniki związane ze stylem życia. Czy mikroflora jelita, która jest zaprogramowana podczas pierwszych 3 lat życia, dostosowuje się do różnych diet i wymagań dotyczących najskuteczniejszego metabolicznego mechanizmu?

Aby odpowiedzieć na to pytanie, Justin Sonnenburg i jego grupa przyjrzeli się możliwym związkom między sezonowymi zmianami nawyków żywieniowych a składem i funkcjonalną zdolnością mikroflory jelitowej. Hadza mieszkająca w Dolinie Rift w Afryce Wschodniej ma dwie wyraźne pory roku: porę deszczową od listopada do kwietnia i porę suchą od maja do października. Mimo, że konsumpcja bulw bogatych w błonnik i roślin występuje przez cały rok, pożywienie w poszukiwaniu jagód i miodu są częstsze w porze deszczowej, podczas gdy polowanie jest najbardziej skuteczne w porze suchej, co powoduje konsumpcję w konsumpcji chudego z dzikich zwierząt. Okres zwiększonego spożycia mięsa był związany ze wzrostem gatunków Bacteroidetes w jelitach. Ta sama klasa drobnoustrojów ponownie zmalała podczas pory deszczowej do stanu o znacznym podobieństwie do stanu uprzemysłowionej mikroflory. Taksony, które w czasie pory deszczowej prowadzą do niewykrywalnego poziomu w mikrobiocie Hadza, odpowiadają taksonom rzadkim lub nieobecnym, niezależnie od pory roku, w populacjach uprzemysłowionych. Jednakże, w przeciwieństwie do zmian obserwowanych w populacjach uprzemysłowionych w różnorodności i bogactwie drobnoustrojów jelitowych, a także w wyrażaniu wyraźnych wzorców enzymów trawiennych, mikrobiom Hadza zawsze powracał do pełnej różnorodności w porze suchej.

Byłoby fascynujące wiedzieć, czy mikrobiologiczne redukcje różnorodności drobnoustrojów jelitowych i gatunków rozkładających włókna, obserwowane u imigrantów Rycerzy, byłyby odwracalne po powrocie do ich ziemi i nawykach żywieniowych, jak to się dzieje w Hadzas w różnych porach roku. lub jeśli zmiany te miały charakter trwały, podobnie jak w krajach uprzemysłowionych.

Czy gwałtowne zmiany składu i funkcjonowania drobnoustrojów jelitowych miały jakiekolwiek konsekwencje dla zdrowia imigrantów? Na ogół zakłada się, że wraz ze zmniejszaniem się różnorodności drobnoustrojów, ryzyko chorób takich jak otyłość, cukrzyca i zespół metaboliczny wzrasta, mimo że przyczynowość między zmianami drobnoustrojów a chorobami ludzkimi wciąż nie została ustalona. Rzeczywiście, grupa Rycerzy zauważyła, że ​​otyłość wśród wielu badanych imigrantów wzrosła sześciokrotnie. Ci, którzy stali się otyli, stracili dodatkowo 10 procent swojej różnorodności.

Ponieważ zaobserwowane zmiany w diecie imigrantów były wolniejsze niż obserwowane, szybkie zmiany w jelitowym mikrobiomie imigrantów sugerują, że czynniki inne niż żywność w Ameryce Północnej musiały odegrać pewną rolę, w tym stres związany z przesiedleniem i przystosowaniem się do nowego środowiska, czystość wody, narażenie na leki, w szczególności antybiotyki i inne czynniki związane ze stylem życia.

Komentarze:

  • W kilku badaniach wykazano różnice w różnorodności mikroorganizmów jelitowych i względną obfitość taksonów drobnoustrojów. Różnice te mogą wystąpić w cyklicznym, sezonowym schemacie w niektórych populacjach lub mogą wystąpić, gdy populacja przenosi się z jednego kraju i tradycyjnych nawyków żywieniowych do jednego o diecie wysokotłuszczowej, o wysokiej zawartości cukru i niskiej zawartości błonnika.
  • W krajach uprzemysłowionych wzrost różnorodności i liczebności drobnoustrojów występuje tylko w ramach określonej szerokości pasma, ale generalnie nie osiąga poziomów obserwowanych w tradycyjnych społeczeństwach.
  • Chociaż wydaje się, że różnice w spożyciu pokarmu odgrywają istotną rolę w tych odmianach mikrobiomu, odpowiedzialne mogą być czynniki inne niż dieta, w szczególności stres, aktywność fizyczna, higiena i czystość wody pitnej.
  • Jednak do tej pory nie zidentyfikowano związku przyczynowego między zmianami drobnoustrojowymi jelit a otyłością lub innymi chorobami.