Еволюция на чревната микробиота на бозайници и нейните последици за човешкото здраве
Mathieu Groussin 1, 2 b и Florent Mazel 3 a
1 Център за микробиомна информатика и терапия, Масачузетски технологичен институт, Кеймбридж, Масачузетс 02139, САЩ
2 Катедра по биологично инженерство, Масачузетски технологичен институт, Кеймбридж, Масачузетс 02139, САЩ
3 Катедра по ботаника и изследователски център за биологично разнообразие, Университет на Британска Колумбия, Ванкувър, BC V6T 1Z4, Канада
Авторите също са допринесли за написването на разказа.
Фенотипът на многоклетъчен организъм обикновено се счита за продукт на експресията на неговия геном и на взаимодействието му с околната среда. Чрез разкриването на изключителната степен на бактериално и архейско разнообразие, което живее върху и в многоклетъчните организми, неотдавнашният технологичен напредък в секвенирането на ДНК оспори този опростен възглед. Все по-очевидно е, че тези микроорганизми, наречени микробиота 1, влияят дълбоко на фенотипите на гостоприемника, който ги носи и обратно: гостоприемниците и микробиотата се смятат за силно взаимозависими [1, 2]. Червата на животните представляват условия на живот, благоприятни за растежа на микроорганизмите, които той приютява: наистина има изобилие от храна (храната се усвоява) и много ниско съдържание на кислород (отрова за тези животни. Микроорганизмите, които в по-голямата си част са строго анаеробни). Тези общности от своя страна дават възможност да се компенсират ензимните дефицити на гостоприемника чрез смилане на част от храната, което позволява по-добро извличане на енергията, съдържаща се в сложни хранителни молекули [3] (→).
(→) Вижте новините на А. Ел Каутари и др., г-ца n ° 3, март 2014 г., страница 259
Много заболявания, особено автоимунни, са свързани с дисбаланси в чревната микробна екосистема и са разработени терапевтични решения, базирани на възстановяване на чревното биоразнообразие [2] (→).
(→) Вижте също тематичния брой Микробиотата: това неизвестно, което живее в нас, m/s n ° 11, ноември 2016 г.
По този начин класическото определение на „биологичен организъм“ като независима единица е поставено под въпрос [4]. Според новата визия организмът е съвкупност от взаимозависими образувания, действащи в мрежи, като по този начин дава възможност да се включат в дефиницията на многоклетъчен организъм всички микробиоти, които са в постоянно функционално взаимодействие с него. Въпреки това, за разлика от генома, който се предава вертикално и почти вярно от майка на дете, тялото трябва да придобие de novo, във всяко поколение всички бактерии, образуващи неговата микробиота, от нейната среда, която сама по себе си може да повлияе на състава на микробиотата през целия й живот.
В скорошната ни работа [6] ние показваме, че както диетата, така и филогенията на гостоприемника влияят много силно на микробния състав на червата, но на много различни бактериални таксономични нива. (Фигура 1А и Б). Видовете бозайници, които са се адаптирали 4 към една и съща диета, например тревопасни (като кенгуру и сърна), са придобили идентични бактерии в червата, принадлежащи към широки таксономични категории. Червата на тревопасните животни всъщност са обогатени с бактерии от Ruminococcaceae и Lachnospiraceae които произвеждат ензими, необходими за разграждането на сложни растителни захари (като целулоза). Тъй като тези ензими не са кодирани от генома на гостоприемника, следователно тези бактерии играят основна роля в асимилацията на гостоприемника на тези енергийни молекули. Месоядните от своя страна имат чревна микробиота, обогатена с определени семейства бактерии (като Лактобацилус), участващи в разграждането на аминокиселините, във високи концентрации в диетата им.
Въпреки че имат големи бактериални семейства, видовете с една и съща диета не съдържат едни и същи бактерии. На по-точно таксономично ниво разпределението на бактериите между червата на бозайниците вече не се обяснява с различия в диетата, а изглежда отразява филогенетичното положение на вида [6] (Фигура 1А и Б). Следователно два тясно свързани вида във филогенетичното дърво на бозайниците ще имат тенденция да споделят повече видове или бактериални щамове на постоянна диета. Например, кенгуруто и преживните животни са филогенетично отдалечени, но и двата вида бактерии от семейството Ruminococcaceae. Преживните животни обаче споделят тясно свързани бактериални видове, които са напълно различни от тези в кенгуруто. Това конкретно разпределение на чревните бактерии, отразяващо филогенията на гостоприемника, понякога се нарича "филосимбиоза" [7].