تطور البشر مع الميكروبيومات الخاصة بهم – مثل الجينات ، تنتقل ميكروبات الأمعاء من جيل إلى آخر

عندما رحل البشر الأوائل من أفريقيا ، حملوا معهم ميكروبات أمعائهم. تبين أن هذه الميكروبات تطورت معها أيضًا.

يتكون ميكروبيوم الأمعاء البشرية من مئات إلى آلاف الأنواع من البكتيريا والعتائق. ضمن نوع معين من الميكروبات ، تحمل سلالات مختلفة جينات مختلفة يمكن أن تؤثر على صحتك والأمراض التي تكون عرضة لها.

هناك تباين واضح في التركيب الميكروبي وتنوع ميكروبيوم الأمعاء بين الأشخاص الذين يعيشون في بلدان مختلفة حول العالم. على الرغم من أن الباحثين بدأوا في فهم العوامل التي تؤثر على تكوين الميكروبيوم ، مثل النظام الغذائي ، لا يزال هناك فهم محدود حول سبب وجود سلالات مختلفة من المجموعات المختلفة من نفس النوع من الميكروبات في أحشائها.

نحن باحثون ندرس التطور الميكروبي والميكروبيوم. وجدت دراستنا المنشورة مؤخرًا أن الميكروبات لم تنوع فقط مع مضيفيها البشريين الحديثين الأوائل أثناء سفرهم عبر العالم ، بل اتبعت التطور البشري من خلال تقييد نفسها بالحياة في القناة الهضمية.

تشترك الميكروبات في التاريخ التطوري مع البشر

افترضنا أنه مع انتشار البشر في جميع أنحاء العالم وتنويعهم وراثيًا ، كذلك فعلت الأنواع الميكروبية في أحشائها. بعبارة أخرى ، فإن ميكروبات الأمعاء ومضيفيها من البشر “تكوّنت” وتطورت معًا – تمامًا كما تنوع البشر بحيث يبدو الناس في آسيا مختلفين عن الناس في أوروبا ، كذلك فعلت الميكروبيومات الخاصة بهم.

لتقييم هذا ، كنا بحاجة إلى إقران بيانات الجينوم البشري والميكروبيوم من الناس حول العالم. ومع ذلك ، كانت مجموعات البيانات التي قدمت بيانات الميكروبيوم ومعلومات الجينوم للأفراد محدودة عندما بدأنا هذه الدراسة. كانت معظم البيانات المتاحة للجمهور من أمريكا الشمالية وأوروبا الغربية ، وكنا بحاجة إلى بيانات أكثر تمثيلا للسكان في جميع أنحاء العالم.

لذلك استخدم فريق البحث لدينا البيانات الموجودة من الكاميرون وكوريا الجنوبية والمملكة المتحدة ، بالإضافة إلى تجنيد الأمهات وأطفالهن الصغار في الجابون وفيتنام وألمانيا. جمعنا عينات من اللعاب من البالغين للتأكد من التركيب الجيني أو الخصائص الجينية ، وعينات البراز لتسلسل الجينوم الخاص بميكروبات أمعائهم.

لتحليلنا ، استخدمنا بيانات من 839 بالغًا و 386 طفلًا. لتقييم التاريخ التطوري للبشر وميكروبات الأمعاء ، أنشأنا أشجارًا للتطور لكل شخص وكذلك لـ 59 سلالة من الأنواع الميكروبية الأكثر شيوعًا.

عندما قارنا الأشجار البشرية بالأشجار الميكروبية ، اكتشفنا تدرجًا لمدى توافقها. لم تتطابق بعض الأشجار البكتيرية مع الأشجار البشرية على الإطلاق ، بينما تطابق بعضها جيدًا ، مما يشير إلى أن هذه الأنواع مُنظَّمة مع البشر. في الواقع ، كانت بعض الأنواع الميكروبية على طول الطريق التطوري لأكثر من مئات الآلاف من السنين.

وجدنا أيضًا أن الميكروبات التي تطورت جنبًا إلى جنب مع البشر لديها مجموعة فريدة من الجينات والصفات مقارنة بالميكروبات التي لم يتم ترميزها مع البشر. الميكروبات التي دخلت في شراكة مع البشر لديها جينومات أصغر وحساسية أكبر للأكسجين ودرجة الحرارة ، ومعظمها غير قادر على تحمل الظروف التي تقل عن درجة حرارة جسم الإنسان.

في المقابل ، تمتلك ميكروبات الأمعاء ذات الروابط الأضعف بالتطور البشري سمات وجينات مميزة للبكتيريا التي تعيش بحرية في البيئة الخارجية. تشير هذه النتيجة إلى أن الميكروبات ذات التنويع المشترك تعتمد إلى حد كبير على الظروف البيئية لجسم الإنسان ويجب أن تنتقل بسرعة من شخص إلى آخر ، إما عبر الأجيال أو بين الأشخاص الذين يعيشون في نفس المجتمعات.

بتأكيد طريقة الانتقال هذه ، وجدنا أن الأمهات وأطفالهن لديهم نفس سلالات الميكروبات في أحشائهم. على النقيض من ذلك ، كانت الميكروبات التي لم يتم تشفيرها أكثر عرضة للبقاء على قيد الحياة بشكل جيد خارج الجسم ويمكن أن تنتقل على نطاق أوسع من خلال الماء والتربة.

ميكروبات الأمعاء والطب الشخصي

يوفر اكتشافنا أن ميكروبات الأمعاء تطورت جنبًا إلى جنب مع مضيفيها من البشر طريقة أخرى لمشاهدة ميكروبيوم الأمعاء البشرية. لقد انتقلت ميكروبات الأمعاء بين البشر على مدى مئات إلى آلاف الأجيال ، مثل تغيرات البشر ، وكذلك الميكروبات في أمعائهم. نتيجة لذلك ، تتصرف بعض ميكروبات الأمعاء كما لو أنها جزء من الجينوم البشري: إنها حزم من الجينات تنتقل بين الأجيال ويتشاركها أفراد مرتبطون بها.

بدأ الطب المخصص والاختبارات الجينية في جعل العلاجات أكثر تحديدًا وفعالية للفرد. قد تساعد معرفة الميكروبات التي أقامت شراكات طويلة الأمد مع الناس الباحثين على تطوير علاجات تعتمد على الميكروبيوم خاصة بكل مجموعة سكانية. يستخدم الأطباء بالفعل البروبيوتيك من مصادر محلية المشتقة من ميكروبات الأمعاء لأفراد المجتمع لعلاج سوء التغذية.

تساعد النتائج التي توصلنا إليها العلماء أيضًا على فهم أفضل لكيفية انتقال الميكروبات بيئيًا وتطوريًا من “العيش الحر” في البيئة إلى الاعتماد على ظروف الأمعاء البشرية. للميكروبات المتنوعة سمات وجينات تذكرنا بالمتعايشات البكتيرية التي تعيش داخل مضيفات الحشرات. تشير هذه الميزات المشتركة إلى أن مضيفين حيوانيين آخرين قد يكون لديهم أيضًا ميكروبات أمعاء متنوّعة معهم عبر التطور.

يمكن أن يساعد إيلاء اهتمام خاص للميكروبات التي تشترك في التاريخ التطوري البشري في تحسين فهم الدور الذي تلعبه في رفاهية الإنسان.