Наш микробиом, сложное сообщество бактерий, грибков, паразитов и других микроорганизмов внутри и на поверхности нашего тела, отражает то, как мы живем. Если у нас есть домашнее животное, мы, вероятно, делимся с ним микробами. Если мы едим мясо, микробиом в нашем кишечнике может отличаться от такового у веганов.
В растущей области исследований, направленных на определение того, как мы приобретаем микробы, которые носим в себе, и их влияние на наше здоровье, большинство анализов было сосредоточено на людях, живущих в развитых странах. Но в последние несколько лет ученые начали исследовать, обладают ли люди в неиндустриальных обществах явно разными микробиомами, и если да, то какие факторы формируют эти различия.
Новый отчет, опубликованный в журнале Genome Biology, значительно продвинулся в решении этих вопросов. Под руководством группы генетиков из Пенсильванского университета в сотрудничестве с исследователями из Танзании, Ботсваны и Национальных институтов здравоохранения исследование является одним из крупнейших на сегодняшний день по анализу микробиома кишечника этнически разнообразных африканцев с использованием образцов из 114 ботсванцев и танзанийцев из семи групп населения, а также группа сравнения из США.
Результаты указывают на широкий спектр профилей микробиомов среди населения, которое ведет различные образы жизни, от агроскотоводов до скотоводов и охотников-собирателей. Величина различий сопоставима с различиями, наблюдаемыми между промышленно развитым и неиндустриальным населением. Тем не менее исследователи были также заинтригованы неожиданным сходством между группами.
«Когда мы начали это, - говорит генетик Сара Тишкофф, профессор Penn Integrates Knoweldge в Пенсильвании и старший автор, - моя гипотеза заключалась в том, что диета должна была стать движущим фактором в различии микробиома этих разных популяций. Больше всего меня удивило, что это не так».
На самом деле, часть образцов, взятых у говорящих на языке банту людей, живущих в фермерских общинах в Ботсване, была почти неотличима от образцов, собранных у людей, живущих в районе Филадельфии. Медицинская школа Перельмана.
«Бактериальный состав некоторых агроскотоводов в Ботсване был поразительно похож на когорту из США», - говорит Мэтью Хансен, ученый из лаборатории Тишкоффа и соавтор статьи. «Это сельские группы; у них совсем другой образ жизни, но какой-то фактор делает их микробиотой очень похожей на здоровых жителей Филадельфии».
Предыдущие попытки изучить микробиомы кишечника сельских африканцев, как правило, сравнивали одну африканскую популяцию с одной или несколькими популяциями из промышленно развитых стран. Эти более ранние исследования указывали на различия между группами; например, сравнение кишечных микробиомов между итальянцами и охотниками-собирателями хадза в Танзании выявило несколько групп бактерий, присутствующих в хадза, которые ранее не были идентифицированы в популяциях жителей Запада.
Но чтобы получить более детальное представление о факторах, влияющих на микробное разнообразие в сельских африканцах, команда Тишкофф собрала образцы из семи отдаленных африканских популяций. Из Танзании: охотники-собиратели хадза, пастухи масаи, земледельцы-скотоводы сандаве, которые занимались охотой-собирательством до конца 19 века, и земледельцы-скотоводы Бурунге. А из Ботсваны: охотники-собиратели сан, скотоводы-гереро, говорящие на языке банту, и несколько групп скотоводов, говорящих на языке банту.
Сбор данных, который требовал от жителей отдаленных деревень предоставить ученым образцы фекалий, был отнюдь не простым процессом. Алессия Ранчиаро, которая помогала собирать данные для работы, говорит, что она и ее коллеги на раннем этапе узнали, как преодолевать культурные и логистические препятствия, чтобы сделать процесс более гладким как для участников, так и для ученых.
Исследователи извлекли ДНК из образцов и секвенировали часть гена рибосомной РНК 16S, широко используемого в исследованиях микробиома для идентификации и сравнения бактерий.
«Анализ позволяет во многих случаях классифицировать бактерии в образце до уровня рода», - говорит Миган Рубель, аспирант лаборатории Тишкоффа, которая руководила работой. «Но в образцах баз данных, которые мы используем, бактерии были классифицированы на основе промышленно развитых или западных групп, поэтому у людей, ведущих традиционный образ жизни, могут быть бактерии, которых мы никогда раньше не видели».
Из результатов, которые они смогли получить, быстро выявились общие закономерности. Примечательно, что ботсванские образцы отличались от танзанийских. Микробиомы кишечника танзанийцев, как правило, имеют большее количество микробов в каждом образце, и люди, как правило, имеют схожие микробные профили. С другой стороны, в Ботсване образцы, как правило, содержали меньше микробных видов в целом, а микробиомы людей, как правило, больше отличались друг от друга. Последний паттерн также присутствовал в образцах из США.
Хотя анализ не указал на "дымящийся пистолет", объясняющий этот результат, исследователи предполагают, что причины связаны со сравнительным национальным богатством Ботсваны и доступом к медицинскому обслуживанию.
«В Ботсване есть алмазы, и она относительно богата», - говорит Тишкофф. «У них есть бесплатная медицинская система и бесплатная система образования, которая сильно отличается от Танзании».
«Вы можете себе представить, что в спектре очень разных групп в африканских странах, - говорит Рубель, - есть группы, подвергающиеся этим мягким мерам индустриализации, которые могут включать все, от расширения доступа к медицинской помощи до различных видов продуктов питания., Использование антибиотиков - это то, что действительно может изменить микробиом кишечника, поэтому люди, у которых есть больший доступ к этому, могут заметить заметные сдвиги в своем микробиоме».
Такие сдвиги могут помочь объяснить сходство между образцами из Ботсваны и США, хотя исследователи говорят, что необходимо провести дополнительную работу, чтобы подтвердить, что это так.
В целом, однако, были очевидны широкие различия в микробиоме кишечника между США и большинством африканцев. В Африке частота встречаемости некоторых бактериальных групп может различать популяции по этнической принадлежности и образу жизни. Например, две популяции охотников-собирателей, сан и хадза, обладали различными образцами кишечных бактерий по сравнению с группами скотоводов или агро-скотоводов. Кроме того, в популяциях масаи и хадза, двух группах, в которых разделение труда между мужчинами и женщинами особенно резкое, исследователи обнаружили значительные половые различия в проанализированных микробиомах..
Чтобы лучше понять, что на самом деле делают бактерии в кишечнике, исследователи искали молекулярные пути, которыми изобилуют различные виды микробов в данном образце. В образцах из США они определили пути, участвующие в расщеплении загрязнителей окружающей среды, таких как бисфенол, в состав которого входит бисфенол А, более известный как «ужасный БФА в пластмассах», говорит Рубель, а также ДДТ, инсектицид, вызывающий истончение птиц. яичной скорлупы, запрещенной в США. С. с 1970-х гг.
Они также обнаружили доказательства путей распада ДДТ в образцах из Ботсваны, страны, которая продолжает использовать химическое вещество для борьбы с комарами, ответственными за передающиеся заболевания, такие как малярия.
Выводы поднимают ряд интересных вопросов, на которые исследователи надеются пролить больше света с помощью дополнительных анализов и тщательного генетического и геномного секвенирования в будущем. Они также исследуют образцы, чтобы увидеть, может ли присутствие желудочно-кишечных патогенов играть основную роль во влиянии на микробиоту кишечника людей в районах, где такие инфекции распространены.
«Наша работа расширяет растущую историю, - говорит Рубель, - где тенденции микробиома, кажется, отслеживаются уровнем индустриализации среди населения».
Ученые отмечают, что даже эти отдаленные африканские популяции не статичны в своем образе жизни; развитие и его влияние на окружающую среду и традиционный образ жизни могут проявляться в изменении моделей микробиома.
«Было бы здорово провести лонгитюдное исследование некоторых из этих групп», - говорит Хансен. «В течение следующих 20 лет их жизнь наверняка быстро изменится, и было бы интересно посмотреть, обнаружим ли мы сдвиг в микробиоме по мере изменения этих факторов образа жизни».