Кишечные бактерии миллионы лет эволюционировали вместе с людьми

Филогенетическая линия, ведущая к современному человеку, отделилась от других высших приматов около пяти миллионов лет назад. Новое исследование показывает, что всё это время люди не были одиноки на своём эволюционном пути. Многочисленные виды микробов, населяющих кишечник, достались первым представителям рода Homo от более древних предков и эволюционировали вместе с ними до наших дней.

Вопрос происхождения кишечной микрофлоры у разных видов млекопитающих давно вызывает много споров в научном сообществе. В то время как одни учёные считают, что бактерии достались нам в наследство от давних предков, другие полагают, что бактерии поступают из внешней среды в зависимости от диеты и условий жизни.

Чтобы разгадать загадку, учёные из Техасского университета в Остине во главе с Говардом Охманом (Howard Ochman) и Эндрю Мёллером (Andrew Moeller) обратились к диким обезьянам. Они внимательно исследовали микроорганизмы, обнаруженные в фекалиях 47 шимпанзе из Танзании, 24 бонобо из Демократической Республики Конго и 24 горилл из Камеруна. Вдобавок к этой компании примкнули 16 человек из штата Коннектикут, чьи экскременты также подверглись тщательному анализу.

Во всех образцах исследователи сравнили нуклеотидную последовательность одного быстроразвивающегося гена, который встречается в ДНК кишечных бактерий всех приматов, включая человека. Затем они отсортировали разные варианты гена и построили настоящую бактериальную родословную.

Оказалось, что большая часть микрофлоры развивалась вместе с нами на протяжении долгого времени. Учёные обнаружили, что два из трёх основных семейств кишечных бактерий, обитающих в организме человека и обезьян, происходят от микробов, населявших кишечник общего предка всех современных высших приматов, который жил на Земле около 15 миллионов лет назад. По мере того как разные ветви гоминид отделялись от основного древа развития, их микрофлора параллельно эволюционировала в новые штаммы, адаптированные под разные места обитания, диеты и заболевания.

Первый бактериальный раскол произошёл около 15 миллионов лет назад, когда от других приматов обособилась ветвь горилл. В следующий раз значительные изменения произошли 5,3 миллиона лет назад, когда человеческий род разошёлся с линией, ведущей к шимпанзе и бонобо.

Результаты исследования, опубликованного в издании Science, стали первым доказательством того, что штаммы кишечных микроорганизмов сопровождали отдельные виды достаточно долго, чтобы можно было говорить об их параллельной эволюции в организме разных приматов.

C течением времени бактерии стали не только участвовать в процессе пищеварения, но и приобрели совершенно неожиданные функции. Например, теперь они помогают бороться с аллергией, регулируют развитие пищеварительной системы и даже могут влиять на наше настроение и поведение.

"Удивительно, что наши кишечные микробы, которых мы могли бы получить из многих источников в окружающей среде, на самом деле эволюционировали внутри нас и вместе с нами в течение столь длительного времени", – говорит Охман в пресс-релизе.

Во второй части работы команда сфокусировалась на микробиоме человека. В этот раз исследователи сравнили всё ту же последовательность ДНК бактерий, взятых в пробах жителей США и африканской республики Малави. Анализ показал, что штаммы африканцев и американцев разошлись около 1,7 миллиона лет назад, что соответствует началу расселения людей за пределы Чёрного континента.

Стоит отметить, что в кишечнике жителей Америки отсутствовали некоторые штаммы бактерий, найденные у африканцев, а также у горилл и шимпанзе. Это соответствует предыдущим исследованиям, которые показали общее сокращение разнообразия микробиома у людей из развитых стран. Учёные связывают это с разным рационом питания и активным использованием антибиотиков.

К слову, новая работа снова поднимает вопрос использования антибиотиков и правильного выбора в пользу кесарева сечения. Ребёнок получает первую порцию кишечных бактерий от матери во время прохождения по родовому каналу, и отсутствие или сокращение числа отдельных видов бактерий может пагубно сказаться на развитии организма и его нормальном функционировании в будущем.

В дальнейшем авторы исследования хотят использовать данные о кишечных бактериях, чтобы отслеживать миграции древних людей и животных, а также определять наличие общих предков и строить родословные целых родов и семейств животных.