Wie Gene werden Ihre Darmmikroben von einer Generation zur nächsten weitergegeben

Wie Gene werden Ihre Darmmikroben von einer Generation zur nächsten weitergegeben
 Auch in der personalisierten Medizin könnte das Darmmikrobiom eine Rolle spielen. nopparit/iStock über Getty Images Plus

Als die ersten Menschen Afrika verließen, trugen sie ihre Darmmikroben mit sich. Es stellt sich heraus, dass sich diese Mikroben auch mit ihnen entwickelt haben.

Die Mikrobiom des menschlichen Darms besteht aus Hunderten bis Tausenden von Bakterienarten und Archaea. Innerhalb einer bestimmten Mikrobenart tragen verschiedene Stämme unterschiedliche Gene, die dies können Ihre Gesundheit und die Krankheiten, für die Sie anfällig sind, beeinträchtigen.

Es gibt ausgeprägte Abwechslung in der mikrobiellen Zusammensetzung und Vielfalt des Darmmikrobioms zwischen Menschen, die in verschiedenen Ländern auf der ganzen Welt leben. Obwohl die Forscher allmählich verstehen, welche Faktoren die Zusammensetzung des Mikrobioms beeinflussen, wie z.

Wir sind Forscher, die studieren mikrobielle Evolution und Mikrobiome. Unser kürzlich veröffentlichte Studie fanden heraus, dass sich Mikroben nicht nur mit ihren frühneuzeitlichen menschlichen Wirten diversifizierten, als sie um den Globus reisten, sondern dass sie der menschlichen Evolution folgten, indem sie sich auf das Leben im Darm beschränkten.

Das Darmmikrobiom spielt in vielen Bereichen Ihrer Gesundheit eine Schlüsselrolle.

 

Mikroben teilen die Evolutionsgeschichte mit Menschen

Wir stellten die Hypothese auf, dass mit der Ausbreitung der Menschen über den Globus und der genetischen Diversifizierung auch die mikrobiellen Arten in ihren Eingeweiden taten. Mit anderen Worten, Darmmikroben und ihre menschlichen Wirte „kodiversifizierten“ und entwickelten sich gemeinsam – so wie sich Menschen diversifizierten, sodass Menschen in Asien anders aussahen als Menschen in Europa, taten auch ihre Mikrobiome.

Um dies zu beurteilen, mussten wir menschliche Genom- und Mikrobiomdaten von Menschen auf der ganzen Welt zusammenführen. Allerdings waren die Datensätze, die sowohl Mikrobiomdaten als auch Genominformationen für Einzelpersonen lieferten, begrenzt, als wir mit dieser Studie begannen. Die meisten öffentlich verfügbaren Daten stammten aus Nordamerika und Westeuropa, und wir brauchten Daten, die repräsentativer für Bevölkerungsgruppen auf der ganzen Welt sind.

Daher nutzte unser Forschungsteam vorhandene Daten aus Kamerun, Südkorea und dem Vereinigten Königreich und rekrutierte zusätzlich Mütter und ihre kleinen Kinder in Gabun, Vietnam und Deutschland. Wir sammelten Speichelproben von den Erwachsenen, um ihren Genotyp oder ihre genetischen Merkmale zu bestimmen, und Kotproben, um die Genome ihrer Darmmikroben zu sequenzieren.

Für unsere Analyse haben wir Daten von 839 Erwachsenen und 386 Kindern verwendet. Um die Evolutionsgeschichten von Menschen und Darmmikroben zu bewerten, haben wir erstellt phylogenetische Bäume für jede Person sowie für 59 Stämme der am häufigsten vorkommenden mikrobiellen Arten.


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Als wir die menschlichen Bäume mit den mikrobiellen Bäumen verglichen, entdeckten wir einen Gradienten, wie gut sie zusammenpassten. Einige Bakterienbäume passten überhaupt nicht zu den menschlichen Bäumen, während andere sehr gut übereinstimmten, was darauf hinweist, dass diese Arten mit Menschen kodiversifizierten. Einige mikrobielle Arten sind tatsächlich seit über Hunderttausenden von Jahren auf dem Weg der Evolution.

schneiden micos2 0 17 Diese beiden Stammbäume menschlicher Teilnehmer (links) und einer Bakterienart (rechts) stimmen sehr gut überein, was darauf hindeutet, dass sie sich im Laufe der Evolution wahrscheinlich gemeinsam diversifiziert haben. Nachdruck mit Genehmigung von Suzuki et al., Science Volume 377, abm7759 (2022), CC BY-NC-ND

Wir fanden auch heraus, dass Mikroben, die sich gemeinsam mit Menschen entwickelt haben, im Vergleich zu Mikroben, die sich nicht mit Menschen kodiversifiziert haben, einen einzigartigen Satz von Genen und Merkmalen haben. Mikroben, die sich mit Menschen zusammengetan haben, haben kleinere Genome und eine größere Sauerstoff- und Temperaturempfindlichkeit, die meistens nicht in der Lage sind, Bedingungen unterhalb der menschlichen Körpertemperatur zu tolerieren.

Im Gegensatz dazu haben Darmmikroben mit schwächeren Verbindungen zur menschlichen Evolution Merkmale und Gene, die für frei lebende Bakterien in der äußeren Umgebung charakteristisch sind. Dieser Befund deutet darauf hin, dass kodiversifizierte Mikroben sehr stark von den Umweltbedingungen des menschlichen Körpers abhängig sind und schnell von einer Person zur nächsten übertragen werden müssen, entweder über Generationen hinweg oder zwischen Menschen, die in denselben Gemeinschaften leben.

Wir bestätigten diesen Übertragungsweg und stellten fest, dass Mütter und ihre Kinder die gleichen Mikrobenstämme in ihren Eingeweiden hatten. Mikroben, die nicht kodiversifiziert waren, überlebten dagegen eher weit außerhalb des Körpers und könnten weiter durch Wasser und Boden übertragen werden.

Darmmikroben und personalisierte Medizin

Unsere Entdeckung, dass sich Darmmikroben zusammen mit ihren menschlichen Wirten entwickelt haben, bietet eine andere Möglichkeit, das menschliche Darmmikrobiom zu betrachten. Darmmikroben sind über Hunderte bis Tausende von Generationen zwischen Menschen weitergegeben worden, so dass Als sich die Menschen veränderten, veränderten sich auch ihre Darmmikroben. Infolgedessen verhalten sich einige Darmmikroben so, als wären sie Teil des menschlichen Genoms: Sie sind Pakete von Genen, die von Generation zu Generation weitergegeben und von verwandten Personen geteilt werden.

Personalisierte Medizin und Gentests beginnen, Behandlungen spezifischer und effektiver für den Einzelnen zu machen. Zu wissen, welche Mikroben langfristige Partnerschaften mit Menschen hatten, kann Forschern helfen, mikrobiombasierte Behandlungen zu entwickeln, die für jede Population spezifisch sind. Kliniker verwenden bereits Probiotika aus der Region gewonnen aus den Darmmikroben von Gemeindemitgliedern zur Behandlung von Mangelernährung.

Unsere Ergebnisse helfen Wissenschaftlern auch dabei, besser zu verstehen, wie Mikroben ökologisch und evolutionär von „frei lebend“ in der Umwelt zu abhängig von den Bedingungen des menschlichen Darms übergehen. Kodiversifizierte Mikroben haben Eigenschaften und Gene erinnert an bakterielle Symbionten die in Insektenwirten leben. Diese gemeinsamen Merkmale deuten darauf hin, dass andere tierische Wirte möglicherweise auch Darmmikroben haben, die sich im Laufe der Evolution mit ihnen kodiversifiziert haben.

Den Mikroben, die die menschliche Evolutionsgeschichte gemeinsam haben, besondere Aufmerksamkeit zu widmen, kann dazu beitragen, das Verständnis für die Rolle zu verbessern, die sie für das menschliche Wohlbefinden spielen.

Über den Autor

Taichi A.Suzuki, Postdoctoral Research Associate in Microbiome Science, Max-Planck-Institut für Biologie und Ruth Ley, Direktor, Abteilung Mikrobiomwissenschaft, Max-Planck-Institut für Biologie

Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.


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