Come i geni, i tuoi microbi intestinali passano da una generazione all'altra

Come i geni, i tuoi microbi intestinali passano da una generazione all'altra
 Il microbioma intestinale può anche svolgere un ruolo nella medicina personalizzata. nopparit/iStock tramite Getty Images Plus

Quando i primi esseri umani si trasferirono fuori dall'Africa, portarono con sé i loro microbi intestinali. Si scopre che anche questi microbi si sono evoluti insieme a loro.

Lo microbioma intestinale umano è composto da centinaia a migliaia di specie di batteri e archaea. All'interno di una data specie di microbi, ceppi diversi portano geni diversi che possono influiscono sulla tua salute e sulle malattie a cui sei suscettibile.

C'è variazione pronunciata nella composizione microbica e nella diversità del microbioma intestinale tra persone che vivono in diversi paesi del mondo. Sebbene i ricercatori stiano iniziando a capire quali fattori influenzano la composizione del microbioma, come la dieta, c'è ancora una comprensione limitata sul motivo per cui gruppi diversi hanno ceppi diversi della stessa specie di microbi nelle loro viscere.

Siamo ricercatori che studiano evoluzione microbica e microbiomes. Il nostro studio pubblicato di recente hanno scoperto che non solo i microbi si sono diversificati con i loro primi ospiti umani moderni mentre viaggiavano attraverso il mondo, ma hanno seguito l'evoluzione umana limitandosi alla vita nell'intestino.

Il microbioma intestinale gioca un ruolo chiave in molte aree della tua salute.

 

I microbi condividono la storia evolutiva con gli esseri umani

Abbiamo ipotizzato che mentre gli esseri umani si espandevano in tutto il mondo e si diversificavano geneticamente, così facevano le specie microbiche nelle loro viscere. In altre parole, i microbi intestinali e i loro ospiti umani si sono "codiversificati" e si sono evoluti insieme, proprio come gli esseri umani si sono diversificati in modo che le persone in Asia abbiano un aspetto diverso dalle persone in Europa, così anche i loro microbiomi.

Per valutare questo, dovevamo accoppiare i dati del genoma umano e del microbioma di persone di tutto il mondo. Tuttavia, i set di dati che fornivano sia i dati sul microbioma che le informazioni sul genoma per gli individui erano limitati quando abbiamo iniziato questo studio. La maggior parte dei dati pubblicamente disponibili proveniva dal Nord America e dall'Europa occidentale e avevamo bisogno di dati più rappresentativi delle popolazioni di tutto il mondo.

Quindi il nostro team di ricerca ha utilizzato i dati esistenti dal Camerun, dalla Corea del Sud e dal Regno Unito e ha inoltre reclutato madri e bambini piccoli in Gabon, Vietnam e Germania. Abbiamo raccolto campioni di saliva dagli adulti per accertare il loro genotipo, o caratteristiche genetiche, e campioni fecali per sequenziare i genomi dei loro microbi intestinali.

Per la nostra analisi, abbiamo utilizzato i dati di 839 adulti e 386 bambini. Per valutare le storie evolutive degli esseri umani e dei microbi intestinali, abbiamo creato alberi filogenetici per ogni persona e per 59 ceppi delle specie microbiche più comunemente condivise.


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Quando abbiamo confrontato gli alberi umani con gli alberi microbici, abbiamo scoperto un gradiente di quanto bene si abbinassero. Alcuni alberi batterici non corrispondevano affatto agli alberi umani, mentre altri si abbinavano molto bene, indicando che queste specie si sono codiversificate con gli esseri umani. Alcune specie microbiche, infatti, hanno seguito la corsa evolutiva per oltre centinaia di migliaia di anni.

taglia micos2 0 17 Questi due alberi filogenetici dei partecipanti umani (a sinistra) e una specie batterica (a destra) corrispondono strettamente, indicando che probabilmente si sono diversificati insieme nel corso dell'evoluzione. Ristampato con il permesso di Suzuki et al., Science Volume 377, abm7759 (2022), CC BY-NC-ND

Abbiamo anche scoperto che i microbi che si sono evoluti in tandem con le persone hanno un insieme unico di geni e tratti rispetto ai microbi che non si erano codiversificati con le persone. I microbi che hanno collaborato con gli esseri umani hanno genomi più piccoli e una maggiore sensibilità all'ossigeno e alla temperatura, per lo più incapaci di tollerare condizioni al di sotto della temperatura corporea umana.

Al contrario, i microbi intestinali con legami più deboli con l'evoluzione umana hanno tratti e geni caratteristici dei batteri a vita libera nell'ambiente esterno. Questa scoperta suggerisce che i microbi codiversificati dipendono molto dalle condizioni ambientali del corpo umano e devono essere trasmessi rapidamente da una persona all'altra, tramandata generazionalmente o tra persone che vivono nelle stesse comunità.

Confermando questa modalità di trasmissione, abbiamo scoperto che le madri ei loro figli avevano gli stessi ceppi di microbi nelle loro viscere. I microbi che non erano codiversificati, al contrario, avevano maggiori probabilità di sopravvivere ben al di fuori del corpo e potevano essere trasmessi più ampiamente attraverso l'acqua e il suolo.

Microbi intestinali e medicina personalizzata

La nostra scoperta che i microbi intestinali si sono evoluti insieme ai loro ospiti umani offre un altro modo per vedere il microbioma intestinale umano. I microbi intestinali sono passati tra le persone da centinaia a migliaia di generazioni, in modo tale che quando gli esseri umani sono cambiati, anche i loro microbi intestinali sono cambiati. Di conseguenza, alcuni microbi intestinali si comportano come se facessero parte del genoma umano: sono pacchetti di geni che vengono trasmessi tra generazioni e condivisi da individui imparentati.

Medicina personalizzata e i test genetici stanno iniziando a rendere i trattamenti più specifici ed efficaci per l'individuo. Sapere quali microbi hanno avuto collaborazioni a lungo termine con le persone può aiutare i ricercatori a sviluppare trattamenti basati sul microbioma specifici per ciascuna popolazione. I medici stanno già usando probiotici di provenienza locale derivato dai microbi intestinali dei membri della comunità per curare la malnutrizione.

I nostri risultati aiutano anche gli scienziati a capire meglio come i microbi passano dal punto di vista ecologico ed evolutivo dalla "vita libera" nell'ambiente al dipendente dalle condizioni dell'intestino umano. I microbi codiversificati hanno tratti e geni ricorda i simbionti batterici che vivono all'interno degli ospiti degli insetti. Queste caratteristiche condivise suggeriscono che anche altri ospiti animali potrebbero avere microbi intestinali che si sono diversificati con loro nel corso dell'evoluzione.

Prestare particolare attenzione ai microbi che condividono la storia evolutiva umana può aiutare a migliorare la comprensione del ruolo che svolgono nel benessere umano.

Riguardo agli Autori

Taichi A.Suzuki, Associato di ricerca post-dottorato in Scienze del microbioma, Istituto Max Planck di Biologia e Ruth Lei, Direttore, Dipartimento di Scienze del microbioma, Istituto Max Planck di Biologia

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.


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