Некоторые бактерии жили в кишечнике человека еще до того, как он стал человеком
Некоторые бактерии в наших кишечниках несут свое тяжкое бремя уже миллионы лет, еще с тех времен, когда мы не были, собственно, человеком. Согласно исследованию, недавно опубликованному в журнале Science, эволюция играет более важную роль во внутреннем микробном составе человека, чем считали ранее. Бактерии, которых исследовали ученые, направляли ранее развитие нашего кишечника, тренировали нашу иммунную систему сражаться с патогенами и могут даже влиять на наше поведение и настроение.
Исследованием, проведенным международной группой ученых, руководит Говард Охман, профессор интегративной биологии в Университете штата Техас в Остине, и Эндрю Меллер, бывший аспирант Техасского университета, в настоящее время работающий в Калифорнийском университете в Беркли.
«Удивительно, что наши кишечные микробы, которых мы могли бы получить из многих источников в окружающей среде, фактически развивались вместе с нами в течение такого длительного времени», говорит Охман и отмечает, что микробы переходили с нами в течение сотен тысяч поколений.
Когда люди и африканские приматы развились в различные виды от общего предка, бактерии, присутствующие у их общего предка, также эволюционировали в различные штаммы, связанные с каждым из носителей, выяснили ученые.
Далее ученые обнаружили генетические доказательства того, что бактерии делились на отдельные штаммы примерно тогда же, когда их хозяева делились на отдельные виды. Один из таких бактериальных расколов произошел около 15,6 миллиона лет назад, когда род горилл разошелся с другими гоминидами. Другой бактериальный раскол произошел около 5,3 миллиона лет назад, когда человеческий род отделился от линии, ведущей к шимпанзе и бонобо.
«Мы давно знали, что люди и наши ближайшие родственники, человекообразные обезьяны, питают этих бактерий в своих кишечниках, — говорит Меллер. — И большой вопрос, на который мы хотели ответить: откуда произошли эти бактерии? Получили мы их из окружающей среды или в процессе истории эволюции? Как давно они присутствуют в нашей родословной?».
До этого исследования мнения ученых расходились на тему того, что штаммы кишечных микробов продолжали существовать у отдельных родов гоминид в течение длительного времени, достаточно долго, чтобы приводить к коспециации, когда два вида развиваются параллельно. Сохранение некоторых микробов могло быть под угрозой из-за изменений в образе питания, географии или применения антибиотиков.
Исследователи изучили образцы кала, собранные у диких африканских высших приматов — шимпанзе, бонобо и горилл — и у людей, проживающих в штате Коннектикут. Ископаемые и генетические свидетельства показали, что все четыре вида гоминид произошли от общего предка, который жил более 10 миллионов лет назад.
Образцы кала содержат микробов из кишечника хозяина. Ученые использовали секвенирование генов, чтобы проанализировать различные версии одного конкретного бактериального гена, присутствующего в каждом фекальном образце. Из этих данных были реконструированы древа для трех групп кишечных бактерий, которые составляют больше 20% микробиома человеческого кишечника.
Для двух из этих групп, Bacteridaceae и Bifidobacteriaceae, бактериальные эволюционные древа очень напоминают эволюционное древо гоминид. Однако имеются тонкие различия, вроде исчезновения отдельного штамма бактерий у одного из четырех видов носителей.
Третье бактериальное семейное древо, группы Lachnospiraceae, было более сложным. По всей видимости, минимум четыре раза эти бактерии передавались между различными видами хозяев. Исследователи полагают, что поскольку эти бактерии образуют споры и могут выживать за пределами носителя в течение длительных периодов, они легко передаются от вида к виду.
Ученые не уверены в том, как именно эти три древних штамма микробов передавались от одного поколения хозяев к другому в течение миллионов лет. Предыдущие исследования показали, что первую прививку кишечных микробов мы получаем от наших матерей, когда проходим через родовые пути. В течение всей жизни мы также получаем микробов в процессе социального взаимодействия. Ученые подозревают, что оба способа передачи отвечают за поддержание наших длительных отношений со своими бактериальными кишечными фонами.
Возможно, мы сможем проследить путь наших кишечных микробов до общих предков со всеми млекопитающими, рептилиями, амфибиями или даже всеми позвоночными. Если так, то это будет удивительно.