Los científicos encuentran diferencias dramáticas entre los microbiomas intestinales antiguos y los microbios modernos

Los científicos están reuniendo rápidamente evidencia de que las variantes de los microbiomas intestinales, las colecciones de bacterias y otros microbios en nuestro sistema digestivo, puede desempeñar un papel perjudicial en la diabetes y otras enfermedades. Ahora, los científicos del Joslin Diabetes Center han encontrado diferencias dramáticas entre los microbiomas intestinales de los antiguos pueblos de América del Norte y los microbiomas modernos. ofreciendo nueva evidencia sobre cómo estos microbios pueden evolucionar con diferentes dietas.

Los científicos analizaron el ADN microbiano encontrado en paleofeces humanos indígenas (excrementos desecados) de cuevas inusualmente secas en Utah y el norte de México con niveles extremadamente altos de secuenciación genómica. dice el investigador asistente de Joslin, Aleksandar Kostic, Doctor, autor principal de un Naturaleza documento que presenta el trabajo.

Realizar análisis genómicos de manera más amplia y profunda que los estudios previos sobre microbiomas intestinales humanos antiguos, el estudio fue el primero en revelar nuevas especies de microbios en las muestras, dice Kostic, quien también es profesor asistente de microbiología en la Escuela de Medicina de Harvard.

En estudios previos de niños en Finlandia y Rusia, Kostic y sus colegas demostraron que los niños de las regiones industrializadas, que eran mucho más propensos a desarrollar diabetes tipo 1 que aquellos en áreas no industrializadas, también tenía microbiomas intestinales muy diferentes.

Pudimos identificar microbios específicos y productos microbianos que creemos obstaculizaron una educación inmunológica adecuada en los primeros años de vida. Y esto conduce más adelante a mayores incidentes no solo de diabetes tipo 1, pero otras enfermedades autoinmunes y alérgicas ".

Aleksandar Kostic, Doctor, Autor principal

Entonces, ¿cómo sería un microbioma humano sano antes de los efectos de la industrialización? "Estoy convencido de que no se puede responder a esa pregunta con ninguna gente de la vida moderna, "dice Kostic, quien señala que incluso tribus en regiones extremadamente remotas del Amazonas están contrayendo Covid-19.

Steven LeBlanc, un arqueólogo anteriormente en el Museo Peabody de Arqueología y Etnología de Harvard, llegó a Kostic con una fuente alternativa dramática:ADN microbiano encontrado en muestras de paleofeces humanas que los museos han recolectado de ambientes áridos en el suroeste de América del Norte.

Kostic y la estudiante de posgrado Marsha Wibowo asumieron el desafío, finalmente se comparó el ADN de ocho muestras de intestino antiguo excepcionalmente bien conservadas de cuevas secas (algunas datan del primer siglo de la era actual) con el ADN de 789 muestras modernas. Un poco más de la mitad de las muestras modernas eran de personas con dietas "occidentales" industrializadas y el resto de personas que consumían alimentos no industrializados (cultivados principalmente dentro de sus propias comunidades).

Las diferencias entre las poblaciones de microbiomas fueron sorprendentes. Por ejemplo, una bacteria conocida como Treponema succinifaciens "no se encuentra en un solo microbioma occidental que analizamos, pero está en cada uno de los ocho microbiomas antiguos, "Dice Kostic. Los microbiomas antiguos coincidían más estrechamente con los microbiomas modernos no industriales.

Sorprendentemente, Wibowo descubrió que casi el 40% de las especies microbianas antiguas nunca se habían visto antes. ¿Qué podría explicar esta alta variabilidad genética?

"En las culturas antiguas, los alimentos que consume son muy diversos y pueden soportar una colección más ecléctica de microbios, "Kostic especula". Pero a medida que avanza hacia la industrialización y más hacia una dieta de supermercado, pierde muchos nutrientes que ayudan a mantener un microbioma más diverso ".

Los microbiomas antiguos también tenían números relativamente más altos que los microbiomas industriales modernos de transposasas (elementos transponibles de secuencias de ADN que pueden cambiar de ubicación en el genoma).

"Creemos que esta podría ser una estrategia para que los microbios se adapten en un entorno que cambia mucho más que el microbioma industrializado moderno". donde comemos las mismas cosas y vivimos la misma vida más o menos durante todo el año, ", Dice Kostic." Mientras que en un entorno más tradicional, las cosas cambian y los microbios necesitan adaptarse. Podrían usar esta colección mucho más grande de transposasas para agarrar y recolectar genes que les ayudarán a adaptarse a los diferentes entornos ".

Es más, las antiguas poblaciones microbianas incorporaron menos genes relacionados con la resistencia a los antibióticos. Las muestras antiguas también presentaban un menor número de genes que producen proteínas que degradan la capa de moco intestinal. que luego puede producir inflamación que está relacionada con diversas enfermedades.

Adicionalmente, el trabajo puede arrojar luz sobre una controversia científica sobre si las poblaciones de microbios intestinales se transmiten verticalmente de generación en generación de humanos, o evolucionar principalmente a partir de los entornos circundantes.

Al observar el linaje de la bacteria común Methanobrevibacter smithii en las muestras antiguas, encontraron que su evolución era consistente con una cepa ancestral compartida que data aproximadamente de cuando los humanos emigraron por primera vez a través del Estrecho de Bering hacia América del Norte. "Estos microbios, al igual que nuestros propios genomas, ha estado viajando con nosotros, "Dice Kostic.

El proyecto de investigación comenzó con la necesidad de identificar muestras de paleofeces humanas no contaminadas que se conservaron en inusualmente buenas condiciones. "Cuando reconstruimos estos genomas, intentamos ser muy conservadores, "Dice Wibowo.

Además de la datación por carbono 14, Los científicos utilizaron análisis dietéticos y otros métodos para validar que las muestras seleccionadas eran realmente humanas y no estaban contaminadas por el suelo ni por otros animales como los perros. ella dice. Los investigadores también confirmaron que las muestras elegidas mostraban los patrones de descomposición que se sabe que exhibe todo el ADN a lo largo del tiempo.

El equipo realizó una secuenciación de ADN mucho más profunda que la que se logró en esfuerzos anteriores, al menos 100 millones de lecturas, con 400 millones de lecturas de ADN para una muestra.

Un colaborador, antropóloga Meradeth Snow, Doctor, de la Universidad de Montana en Missoula, lideró una iniciativa para obtener perspectivas sobre el trabajo de las comunidades indígenas nativas americanas en la región suroeste. "Reconocemos y apreciamos a aquellos individuos cuya genética y microbios fueron analizados para esta investigación, así como individuos actuales con herencia genética o cultural asociada, "enfatiza el estudio.

Los investigadores planean expandir sus estudios a muchos otros especímenes de microbiomas antiguos, con el objetivo de detectar nuevas especies microbianas y tratar de predecir sus funciones metabólicas. Kostic está intrigado por la posibilidad de resucitar estos microbios antiguos en el laboratorio, insertando genomas antiguos en las especies bacterianas vivas más cercanas. "Si podemos cultivarlos en el laboratorio, podemos entender mucho la fisiología de estos microbios, mucho mejor, " él dice.

LeBlanc ayudó a los investigadores de Joslin a reunir colaboradores, finalmente reclutado de una docena de instituciones. Entre las contribuciones clave, El Dr. Snow de Montana dirigió la extracción y preparación del ADN antiguo, y Christina Warinner de Harvard, Doctor, ofreció su experiencia en el antiguo microbioma humano. "Ha sido increíble aprender de todos estos brillantes colaboradores, "Dice Wibowo." Realmente se necesita un pueblo ".

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