Gündem

Eski insan dışkısı, geçmişin bağırsak mikroplarını ortaya çıkardı

0

Toplu olarak bağırsak mikrobiyotası veya mikrobiyom olarak adlandırılan insan bağırsağında yaşayan mikrobiyal hücreler, metabolik ve bağışıklık sistemi biyolojimiz üzerinde önemli etkilere sahiptir.1,2. Nesiller boyunca birçok mikroorganizma geçmektedir.3,4. Bununla birlikte, bağırsak mikrobiyotası (dışkıdaki mikrobiyal DNA analiz edilerek izlenir), farklı bir ülkeye göç gibi belirli olaylardan günler ila aylar sonra kökten yeniden şekillendirilebilir.5 veya antibiyotik tedavisi6. Hangi mikropların bir zamanlar evrimsel tarihimizin bir parçası olduğunu ve o zamandan beri kaybolduğunu tanımlamak, mikroplar ve insan sağlığı arasındaki ilişkiyi anlamak için bir anahtar sağlayabilir. Yazma Doğa, Wibowo et al.7 mikrobiyal bir ‘zaman makinesine’ dönerek bu sorunu giderin: paleofaeces. 1.000-2.000 yıllık insan dışkı örneklerinin mikrobiyomlarını incelemek için DNA dizilimini kullanarak, bu çalışma sanayileşme öncesindeki bağırsak mikropları hakkında değerli bilgiler sağlar.

İnsan mikrobiyomu, biyolojimizin belirli koşullara uyum sağlayan, örneğin gıda mevcudiyetine karşılık gelen mevsimsel değişim gösteren, işlenebilir bir bileşenidir.8. Bu şekillendirilebilirlik, mikrobiyotaya bağlı insan hastalıklarının tedavisi için potansiyel bir yol sunsa da, aynı zamanda bir güvenlik açığıdır. Sanayileşmiş yaşamın antibiyotik kullanımı ve lif eksikliği olan Batı diyeti gibi birçok yönü9,10bağırsak mikropları üzerinde olumsuz bir etkiye sahiptir.

Toplumlar sanayileşirken, sanayi öncesi mikrobiyotadan hangi temel mikroplar ve mikrobiyal işlevler kayboldu? Bazı geniş bakteri grupları (‘uçucu ve / veya sanayileşmiş insan toplumlarıyla olumsuz bir şekilde ilişkili’ (VANISH) taksonlar olarak anılır), geleneksel yaşam tarzlarını yaşayan günümüz Yerli popülasyonlarında oldukça yaygındır, ancak sanayileşmiş popülasyonlarda nadirdir veya yoktur.10. Ayrıca, zıt modele sahip çok sayıda bakteri taksonu (‘kentleşme / modernleşme toplumlarında çiçeklenme veya seçilmiş’ (BloSSUM) taksonları olarak anılır) vardır.10. Günümüzün sanayileşmemiş popülasyonlarının binlerce yıl önce yaşamış insanlarınkine benzer mikrobiyotalara sahip olup olmadığı şimdiye kadar açık bir soru olarak kalmıştır.

Wibowo et al. Güneybatı Amerika Birleşik Devletleri ve Meksika’dan toplanan 15 paleofaeces örneğinin DNA dizileme analizini rapor edin. Bu numunelerden yedisi, düşük kaliteli DNA veya toprak kontaminasyonu kanıtı nedeniyle veya numunenin bir köpek konakçıdan geldiği tespit edildiği için daha fazla çalışma için hariç tutuldu. Kalan sekiz numunenin yaşı, karbon yaş tayini kullanılarak belirlendi ve DNA hasarının analizi, malzemenin antikliğini doğrulayan işaretler ortaya çıkardı (antik DNA, belirli bozunma özelliklerine sahiptir). Bu numunelerin insan kökeni, paleofaeceslerde bulunan diyet kalıntılarının mikroskobik analizi ve insan mitokondriyal DNA kanıtı ile doğrulanmıştır.

Üretilen verilerin yüksek kalitesi, yazarların bilinen mikrobiyal türleri tespit etmesini ve mikrobiyal genomların yeniden yapılandırılması yoluyla daha önce bilinmeyen mikropları keşfetmesini sağladı. Yeniden yapılandırılmış 498 mikrobiyal genomun 181’i, bağırsaktan türetilmiş olarak sınıflandırıldı ve eski bir kökenle tutarlı olarak kapsamlı DNA hasarına sahipti ve eski genomların% 39’u yeni keşfedilen türler olduğuna dair kanıt sundu.

Wibowo ve meslektaşları, eski bağırsak örneklerinden elde ettikleri verileri, sanayileşmiş ve sanayileşmemiş yaşam tarzlarına sahip günümüz popülasyonlarından önceden sıralanmış dışkı örneklerinden elde edilen verilerle karşılaştırdılar. Türler Treponema succinifaciensSpirochaetaceae familyasından endüstriyel popülasyonlardan kaybolduğu gösterilen bir mikrop8Sanayileşmiş örneklerde bulunmayan ve sanayileşmemiş örneklerde yaygın olan diğer VANISH taksonları gibi paleofaeceslerde de mevcuttu. Türler dahil olmak üzere BloSSUM taksonları Akkermansia muciniphila (insan mukusunu bozan), sanayileşmiş numunelerde, sanayileşmemiş numuneler ve paleofaeceslere göre daha fazla miktarda bulunmuştur. Bu sonuçlar, sanayileşmemiş mikrobiyomların özelliklerinin insan atalarımızın mikrobiyomlarına benzer olduğu ve sanayileşmiş popülasyonların bu mikrobiyal imzadan uzaklaştığı fikrini desteklemektedir (Şekil 1).

Şekil 1

Şekil 1 | Eski ve modern insan bağırsak mikroplarının bir karşılaştırması. Wibowo et al.7 1.000-2.000 yıllık insan paleofaeceslerinde bulunan bağırsak mikroplarının DNA’sını analiz etti ve bunu, sanayileşmiş ve sanayileşmemiş toplumlardan günümüz bireylerinden alınan dışkı örneklerindeki bağırsak mikroplarının DNA’sıyla karşılaştırdı. Yazarlar, her bireyin örneklerinde bulunan bakteri türlerinin modellerini karşılaştırmak için temel bileşen analizi adı verilen istatistiksel bir yöntem kullandılar. Bu yaklaşım, her bir bireyin örneğine karşılık gelen veri noktalarını PC1 ve PC2 olarak adlandırılan iki eksen boyunca dağıtır. Birbirine daha çok benzeyen örnekler grafik üzerinde daha yakından gruplandırılır. Bu analiz, paleofaeces örneklerinin sanayileşmemiş toplumlarda yaşayan bireyler arasında dağıtıldığını ortaya koymaktadır; bu, eski insanlar ile geleneksel yaşam tarzlarını yaşayan modern insanlar arasındaki bağırsak-mikrop profillerinin benzerliğini göstermektedir – her ikisi de insanların mikrobiyal profilinden farklıdır. sanayileşmiş toplumlarda. (Şekil 7. ref. 1b’ye göredir.)

Yazarlar, tür kimliğine odaklanmanın ötesine geçtiler: paleofaeceslerde bulunan mikroplar için genleri ve bu genler tarafından kodlanan proteinlerin tahmin edilen işlevlerini günümüz örneklerinde bulunanlarla karşılaştırdılar. Günümüzün hem sanayileşmiş hem de sanayileşmemiş örnekleri, antibiyotik kullanımı çağından önceki antik mikroplarla tutarlı bir bulgu olan, paleofaeceslerden daha fazla antibiyotiğe dirençli gen yaygınlığına sahipti. Palaeofaeces, böcek dış iskeletlerinin bir bileşeni olan kitin molekülünü parçalayabilen proteinleri kodlayan yüksek bir gen prevalansına sahipti. Bu bulgu, ataların diyetlerinin bir bileşeni olduğu bilinen böceklerin insanlar tarafından tüketilmesiyle tutarlıdır. Böcek yutması, yazarların paletlerdeki materyalin mikroskopi analizi ile doğrulandı. Yazarlar, insan bağırsağındaki mukusun parçalanmasıyla ilgili olanlar da dahil olmak üzere, sanayileşmiş örneklerde özellikle yaygın olan birçok geni rapor etmektedir.

Wibowo ve meslektaşlarının çalışması, dikkate değer bir teknik başarıdır. Binlerce yıl önce yaşamış mikrobiyal organizmalardan yüksek kaliteli DNA elde etmeyi başardılar, muhtemelen örneklerin bulunduğu kuru çöl ortamında mümkün olan iyi koruma sayesinde. Birden fazla bağımsız kanıt hattı, numune yaşını ve dışkıların insan kökenini doğruladı. Bu antik DNA dizilerinin kamuya açık olarak mevcut olması, şüphesiz gelecek yıllarda bilim insanlarına fayda sağlayacaktır.

Bununla birlikte, DNA dizisine dayalı analizler, sonuçlar diğer laboratuvar deney türleri tarafından doğrulama ile eşleştirilmediğinde sınırlamalara sahiptir. DNA tarafından kodlanan proteinler hakkındaki bilgileri tahmin etmek için hesaplama araçlarını kullanmak, ideal koşullar altında kusurlu bir yöntemdir ve bu çalışmada keşfedilenler gibi daha önce bilinmeyen organizmalar için gen işlevlerini analiz ederken özellikle zordur. Dahası, mikrobiyomlar bireyler arasında ve popülasyonlar arasında oldukça değişkendir. Eski insan bağırsağı mikrobiyomlarının genel ve popülasyona özgü özelliklerini daha iyi anlamak için daha geniş bir zaman ölçeği ve konum aralığından daha fazla paleofaeces analizine ihtiyaç duyulacaktır.

Yazarlar, günümüz dışkılarında bulunan mikroplarla karşılaştırıldığında, paleofaeceslerde mikropların bileşimi ve işlevinde dikkate değer farklılıklar bulmuşlardır. Sanayileşmiş mikrobiyomlarda mukus bozucu türlerin ve genlerin eski ve sanayileşmemiş mikrobiyomlara göre daha yüksek yaygınlığı, muhtemelen bir zamanlar çok sayıda lif parçalayan mikrobiyal türleri desteklemek için yeterli diyet lifi bulunmayan Batı diyetlerinden kaynaklanmaktadır.11,12. Mikrobiyom ve bağışıklık sistemi arasındaki bağlantılar göz önüne alındığında, bu farklılıklar sanayileşmiş popülasyonlarda artan otoimmün, inflamatuar ve metabolik bozukluk oranlarına bağlanabilir.9,10.

Wibowo ve meslektaşlarının çalışması, antik mikrobiyomların bileşimini anlamak için zaman yolculuğuna artık iki uygulanabilir alternatif olduğunu gösteriyor. Palaeofaeces, antik mikrobiyomların doğrudan araştırılmasını sağlar, ancak örnek yaşı, gerçekleştirilebilecek diğer ölçümleri ve deneyleri sınırlar. Önemlisi, bu çalışma, geleneksel yaşam tarzlarını yaşayan günümüz Yerli popülasyonlarının eski insanlarla benzer mikrobiyom bileşimlerine sahip olduğunu doğrulamaktadır. Günümüz nüfuslarının çoğunun marjinalize edildiğini, savunmasız bir varoluşa öncülük ettiğini ve sömürülmemelerini sağlamak için istisnai korumalara ihtiyaç duyduklarını kabul etmek önemlidir. Etik olarak yürütülen araştırmalarla, bu modern popülasyonlar mikrobiyal geçmişimize bir pencere açabilir.

İlgi Alanları

Yazarlar, rakip çıkar beyan etmemektedir.

Profesör

12 γ-ışını Galaktik kaynaklardan 1.4 petaelektronvolta kadar ultra yüksek enerjili fotonlar

Previous article

Galaksimizdeki En Eski Yıldızlar Gaia Sosis, Gökbilimciler Buluyor

Next article

You may also like

Comments

Comments are closed.

More in Gündem