Onderzoekers ontdekken cruciale rol voor bacteriële seks in de evolutie van het microbioom van zoogdieren

In een baanbrekende studie die nu is gepubliceerd in Proceedings of the National Academy of Science - USA, het onderzoeksteam onder leiding van Isabel Gordo, van het Instituto Gulbenkian de Ciência (IGC) (Portugal), in samenwerking met onderzoeker Michael Lässig van de Universiteit van Keulen (Duitsland), gebruikte gezonde muizen om realtime darmkolonisatie te bestuderen en ontdekte een cruciale rol voor bacteriële seks in de evolutie van het microbioom van zoogdieren. Deze ontdekking vormt een paradigmaverschuiving en opent de mogelijkheid om faaggerichte therapieën te ontwerpen die in staat zijn om te gaan met de nasleep van infectie en antibioticagebruik, evenals antibioticaresistente bacteriën.

Het meeste van wat we weten over bacteriële kolonisatie van de darm is afkomstig van studies met pathogene bacteriën in sterk kunstmatige laboratoriummodellen of ziektecontexten. Standaard experimentele modellen, die zich richten op infecties met pathogene bacteriën en continue antibioticabehandeling, hebben geen door faag aangedreven horizontale genoverdracht (HGT) gedetecteerd en suggereren dat bacteriën die de darm koloniseren zich voornamelijk ontwikkelen door accumulatie van mutaties. In een verrassende bevinding het werk van de IGC-onderzoekers laat nu zien dat HGT, geen mutaties, is het eerste evolutionaire mechanisme dat het tempo en de uitkomst van bacteriële evolutie in een gezonde darm bepaalt.

Escherichia coli is een veel voorkomende kolonisator van de menselijke darm en een potentiële ziekteverwekker. Het kolonisatieresultaat wordt sterk beïnvloed door verschillende snelheden en evolutiewijzen van deze opportunistische bacterie. E coli kan evolueren door mutaties, die vervolgens worden geërfd door dochtercellen, of door een proces van recombinatie, d.w.z. bacteriële seks, waarin genetisch materiaal wordt gedeeld tussen niet-verwante individuen. In de muis en de menselijke darm, deze overdracht van genetisch materiaal omvat gematigde bacteriofagen (fagen), virussen die bacteriën infecteren en als profagen in het bacteriële chromosoom integreren, een proces genaamd lysogenie. Profagen kunnen zichzelf (en hun genetische informatie) later uit het bacteriële DNA losmaken en andere bacteriën in het darmmicrobioom infecteren.

Nelson Frazao, een postdoctoraal onderzoeker in het lab van Isabel Gordo en junior auteur van de studie, zegt:"fagen die vaak als egoïstische deeltjes worden geclassificeerd, onthullen hun altruïstische kant in de darm, hun bacteriële gastheer een metabool voordeel bieden om de darm te veroveren en te koloniseren". Het genetisch materiaal van de faag dat wordt overgedragen, stelt bacteriën in staat toegang te krijgen tot specifieke koolstofbronnen in de darm, wat een fitnessvoordeel oplevert voor faagdragende (lysogene) indringerbacteriën.

We ontdekten dat het klassieke evolutiemodel niet van toepassing is, en in feite overheerst horizontale genoverdracht de bijdrage van evolutie door accumulatie van mutaties in de darm van een gezonde muis."

Isabel Gordo, onderzoeker

"Met dit werk we begrijpen nu beter hoe evolutie werkt in normale, gezonde gastheren", zegt Nelson Frazão, junior auteur van de publicatie.

• Het verzenden van herinneringen en sms-instructies verhoogt het aantal colonoscopieën
• Onderzoeksteam ontwikkelt op microbioom gebaseerde index voor het beoordelen van de gezondheid van de huid