میکروبیوم های روده باستانی ممکن است سرنخی از بیماری های مدرن ارائه دهند

12مه 2021- دانشمندان به سرعت در حال جمع آوری شواهدی هستند که نشان می دهد انواع میکروبیومهای روده- مجموعه باکتریها و سایر میکروبهای موجود در سیستم گوارش ما- ممکن است در دیابت و سایر بیماریها نقش مضری داشته باشند. اکنون دانشمندان مرکز دیابت جاسلین اختلافات چشمگیری بین میکروبیومهای روده ی مردم باستانی آمریکای شمالی و میکروبیومهای مدرن یافتند و شواهد جدیدی در مورد چگونگی تکامل این میکروب ها با رژیم های مختلف ارائه کردند.

نتایج این تحقیق در مجله یNature  منتشر شده است.

دانشمندان DNA میکروبی موجود در مدفوع افراد بومی باستانی(مدفوع خشک شده) از غارهای خشک در یوتا و شمال مکزیک را با پیشرفته ترین روش توالی ژنومی تجزیه و تحلیل کردند. دكتر Aleksandar Kostic، محقق موسسه ی جاسلین و نویسنده ارشد مقاله، و استادیار میکروب شناسی در دانشکده پزشکی هاروارد، گفت: با انجام تجزیه و تحلیل ژنومی به طور گسترده تر و عمیق تر از مطالعات قبلی در مورد میکروبیوم روده ی انسان، این مطالعه برای اولین بار گونه های جدیدی از میکروب ها را در نمونه های باستانی کشف کرد.

در مطالعات قبلی درباره کودکان در فنلاند و روسیه، دکتر Kostic و همکارانش نشان دادند که کودکان مناطق صنعتی که احتمال ابتلای آنها به دیابت نوع 1 نسبت به کودکان مناطق غیر صنعتی بسیار بیشتر است، میکروبیوم روده ی بسیار متفاوتی دارند. دکتر Kostic، می گوید: ما توانستیم میکروب ها و محصولات میکروبی خاصی را شناسایی کنیم که به اعتقاد ما آموزش ایمنی مناسب در اوایل زندگی را مختل می کند و این بعداً منجر به شیوع بالاتر دیابت نوع 1 ، و سایر بیماریهای خود ایمنی و آلرژیک می شود.

بنابراین سوال این است که میکروبیوم سالم انسان قبل از اثرات صنعتی شدن چگونه بوده است؟ دکتر Kostic، با بیان اینکه حتی قبایل مناطق بسیار دور افتاده ی آمازون نیز به Covid-19مبتلا شده اند، گفت: من متقاعد شده ام که ما نمی توانیم با بررسی هر انسان زنده امروزی به این سوال پاسخ دهیم.

استیون لوبلانک، باستان شناسی که پیش از این در موزه باستان شناسی و قوم شناسی Peabody هاروارد کار می کرد، با یک منبع جایگزین چشمگیر به دکتر Kostic کمک کرد و آن DNA میکروبی موجود در نمونه های مدفوع باقیمانده از انسانهای باستانی موجود در موزه ها بود، این نمونه ها از محیط های خشک در جنوب غربی آمریکای شمالی جمع آوری و به خوبی در موزه نگهداری شده بودند.

دکتر Kostic و دانشجوی تحصیلات تکمیلی او Marsha Wibowo ، این چالش را پذیرفتند و سرانجامDNA  هشت نمونه از روده ی انسانهای باستانی (که قدمت برخی از آنها به اوایل قرن اول عصر فعلی می رسید) را با DNA 789 نمونه ی مدرن مقایسه کردند. کمی بیش از نیمی از نمونه های مدرن مربوط به افرادی بود که رژیم های غذایی "غربی" داشتند و بقیه افراد مصرف کننده غذاهای غیر صنعتی بودند (که بیشتر در جوامع خودشان تولید شده بودند).

تفاوت بین جمعیت میکروبیوم ها قابل توجه بود. دکتر Kostic، گفت: به عنوان مثال، یک باکتری به نام Treponema succinifaciens  در جمعیت میکروبیوم افرادی با رژیم غربی که ما آنالیز کردیم وجود نداشت، اما در هر یک از هشت میکروبیوم باستانی وجود داشت. میکروبیوم های باستانی با میکروبیوم های افراد امروزی با رژیم غذایی غیرصنعتی، همخوانی بیشتری داشتند.

به طرز حیرت انگیزی، ویبوو دریافت که تقریباً 40٪ از گونه های میکروبی باستان قبلاً هرگز دیده نشده اند. چه چیزی ممکن است این تنوع ژنتیکی بالا را توضیح دهد؟

دکتر Kostic، حدس می زند که در فرهنگ های باستان، تنوع غذاهایی که می خوردند بسیار بالا بوده است، بهمین دلیل مواد مغذی متنوع امکان پشتیبانی از مجموعه ی گسترده ای از میکروب ها را داشته است، اما با حرکت به سمت صنعتی شدن و مصرف مواد غذایی آماده که در فروشگاه های مواد غذایی عرضه می شوند، بسیاری از مواد مغذی که به حمایت از میکروبیوم متنوع تر کمک می کنند، از سبد غذایی انسان حذف شده اند.

میكروبیوم های باستانی نسبت به میكروبیوم های صنعتی مدرن همچنین تعداد نسبتاً بیشتری ترانسپوزاز(عناصری که مکان بخشهای قابل انتقال از توالیهای DNA را می توانند در ژنوم تغییر دهند)داشتند.

دکتر Kostic، می گوید: ما فکر می کنیم این می تواند یک استراتژی برای سازگاری میکروب ها در محیطی باشد که تغییر آن بسیار بیشتر از میکروبیوم صنعتی مدرن است، جایی که ما همان چیزهای همیشگی را می خوریم و کم و بیش در یک سال زندگی یکسانی داریم. در حالی که در یک محیط سنتی تر، همه چیز تغییر می کند و میکروب ها باید خود را بیشتر سازگار کنند. آنها ممکن است از این مجموعه بسیار بزرگ ترانسپوزازها برای گرفتن و جمع آوری ژن هایی استفاده کنند که به آنها کمک می کند تا با محیط های مختلف سازگار شوند.

علاوه بر این، جمعیت های میکروبیوم باستانی ژن های کمتری را در رابطه با مقاومت به آنتی بیوتیک در ترکیب خود داشتند. نمونه های باستانی همچنین تعداد کمتری از ژن هایی را داشتند که پروتئین هایی را تولید می کنند که لایه مخاط روده را تخریب کرده و سپس سبب ایجاد التهاب می شوند که با بیماری های مختلف مرتبط است.

علاوه بر این، این تحقیق ممکن است بحث علمی در مورد اینکه آیا جمعیت میکروب های روده به صورت عمودی از نسلی به نسل دیگر انسان منتقل می شود یا اساساً با تاثیرات محیط اطراف تکامل می یابد، را روشن کند.

با نگاهی به اصل و نسب باکتریهای رایجMethanobrevibacter smithii در نمونه های باستانی، محققان دریافتند که تکامل این باکتریها با یک نژاد اجدادی مشترک سازگار است که تقریباً قدمت آن به زمانی بر می گردد که انسان برای اولین بار از طریق تنگه ی Bering به آمریکای شمالی مهاجرت کرده است. دکتر Kostic، می گوید: "این میکروب ها ، دقیقاً مانند ژنوم های خودمان، با ما سفر کرده اند."

این پروژه با نیاز به شناسایی نمونه های موجود در بدن بدون آلودگی که در شرایط غیرمعمول به خوبی حفظ شده اند، آغاز شد. ویبوو می گوید: وقتی این ژنوم ها را بازسازی کردیم، سعی کردیم بسیار محافظه کار باشیم. علاوه بر بررسی قدمت آنها با کربن 14 ، از تجزیه و تحلیل رژیم غذایی و روش های دیگر برای تأیید اینکه نمونه های انتخاب شده انسانی هستند و توسط خاک یا حیوانات دیگر مانند سگ آلوده نشده اند، استفاده کردیم. همچنین تأیید گردید که نمونه های انتخاب شده الگوهای پوسیدگی را نشان می دهند که همه ی DNAها با گذشت زمان نشان می دهند.

این تیم توالی یابی DNA را بسیار عمیق تر از آنچه در تلاش های قبلی انجام شده بود(حداقل 100 میلیون خوانش، در مقایسه با 400 میلیون خوانش DNA برای یک نمونه)، انجام داد.

محققان قصد دارند مطالعات خود را به بررسی بسیاری دیگر از نمونه های میکروبیوم باستانی گسترش دهند، هدف آنها شناسایی گونه های میکروبی جدید و تلاش برای پیش بینی عملکردهای متابولیکی آنها است. دکتر Kostic، با قرار دادن ژنوم باکتریهای باستانی درون نزدیکترین گونه های باکتریایی زنده، احتمال احیای این میکروب های باستانی را در آزمایشگاه مطرح کرده است. وی می گوید: اگر بتوانیم آنها را در آزمایشگاه پرورش دهیم، می توانیم فیزیولوژی این میکروب ها را خیلی بهتر درک کنیم.

منبع:

https://medicalxpress.com/news/2021-05-ancient-gut-microbiomes-clues-modern.html