Mangfold blant landlige afrikanere strekker seg til tarmmikrobiomene

Forskning fra Perelman School of Medicine og School of Arts and Sciences pekte på en rolle for livsstil, geografi, og genetikk, med overraskende likheter med amerikanske befolkninger i noen tilfeller

Vårt mikrobiom, det komplekse bakteriesamfunnet, sopp, parasitter, og andre mikroorganismer i og på kroppene våre, gjenspeiler måten vi lever på. Hvis vi eier et kjæledyr, vi deler sannsynligvis mikrober med dem. Hvis vi spiser kjøtt, mikrobiomet i tarmene våre kan se annerledes ut enn en veganer.

I et voksende studieområde for å bestemme hvordan vi skaffer oss mikrobene vi bærer i oss og deres innflytelse på vår helse, de fleste analyser har fokusert på mennesker som bor i utviklede nasjoner. Men de siste årene, forskere har begynt å undersøke om mennesker i ikke-industrialiserte samfunn har helt forskjellige mikrobiomer og, i så fall, hvilke faktorer som former disse forskjellene.

En ny rapport, publisert i tidsskriftet Genombiologi , har gjort betydelige fremskritt med å løse disse spørsmålene. Ledet av et team av genetikere fra University of Pennsylvania, i samarbeid med forskere fra Tanzania, Botswana, og National Institutes of Health, studien er en av de største til nå for å analysere tarmmikrobiomene til etnisk mangfoldige afrikanere, med prøver fra 114 botswanske og tanzaniske mennesker fra syv populasjoner, samt en sammenligningsgruppe fra USA.

Resultatene peker på det brede spekteret av mikrobiomprofiler på tvers av populasjoner, som praktiserer en rekke forskjellige livsstiler, fra agropastoralist til pastoralist til jeger-samler. Størrelsen på forskjellene er på nivå med forskjellene mellom industrialiserte og ikke-industrielle befolkninger. Likevel ble forskerne også fascinert av uventede likheter mellom gruppene.

"Da vi startet dette, "sier genetiker Sarah Tishkoff, en Penn Integrates Knoweldge Professor ved Penn og seniorforfatter, "min hypotese var at diett kom til å være drivende faktor for å skille mikrobiomet til disse mangfoldige populasjonene. Min største overraskelse var at det ikke var tilfelle."

Faktisk, en delmengde av prøvene fra bantuspråklige mennesker som bodde i bondesamfunn i Botswana, var nesten ikke til å skille fra de som ble samlet inn fra mennesker som bodde i Philadelphia-området, prøver samlet av studieforfatter Frederick Bushman, en mikrobiolog ved Penn's Perelman School of Medicine.

"Bakteriesammensetningen fra noen av agropastoralistene i Botswana var påfallende lik den amerikanske kohorten, "sier Matthew Hansen, en forsker i Tishkoffs laboratorium og medforfatter på papiret. "Dette er bygdegrupper; de har en helt annen livsstil, men en eller annen faktor er å gi dem en veldig lik mikrobiota som friske innbyggere i Philadelphia-området."

Tidligere forsøk på å undersøke tarmmikrobiomene til landlige afrikanere har vanligvis sammenlignet en enkelt afrikansk befolkning med en eller flere populasjoner fra industrialiserte nasjoner. Disse tidligere studiene pekte på forskjeller mellom grupper; for eksempel, en sammenligning av tarmmikrobiomer mellom italienere og Hadza jeger-samlere i Tanzania identifiserte flere grupper av bakterier som var tilstede i Hadza som ikke tidligere hadde blitt identifisert i populasjoner fra vestlige.

Men for å få en mer nyansert forståelse av faktorene som påvirker det mikrobielle mangfoldet i landlige afrikanere, Tishkoffs team samlet prøver fra syv fjerntliggende afrikanske populasjoner. Fra Tanzania:Hadza jeger-samlere, Masai storfe, Sandawe agropastoralists, som var jeger-samlere til slutten av 1800-tallet, og Burunge agropastoralists. Og fra Botswana:San jeger-samlere, Bantu-talende Herero-pastoralister, og flere grupper av Bantu-talende agropastoralister.

Samle data, som krevde at beboere i fjerntliggende landsbyer skulle levere avføring til forskerne, var på ingen måte en enkel prosess. Alessia Ranciaro, som hjalp til med å lede innsamling av data for arbeidet, sier hun og kolleger har lært av tidlige erfaringer hvordan de skal navigere i kulturelle og logistiske hindringer for å gjøre prosessen jevnere for både deltakerne og forskerne.

Forskerne hentet DNA fra prøvene og sekvenserte en del av det 16S ribosomale RNA -genet, mye brukt i mikrobiomstudier for å identifisere og sammenligne bakterier.

"Analysen lar deg klassifisere bakterier i en prøve ned til slektsnivå i mange tilfeller, "sier Meagan Rubel, en doktorgradsstudent i Tishkoffs laboratorium som ledet arbeidet. "Men i eksempeldatabasene vi bruker, bakteriene har blitt klassifisert basert på industrialiserte eller vestlige grupper, så folk som lever denne tradisjonelle livsstilen kan ha bakterier som vi aldri har sett før. "

Fra resultatene de var i stand til å oppnå, brede mønstre dukket raskt opp. Spesielt, de botswanske prøvene skilte seg fra de tanzanianske. Tarmmikrobiomene fra tanzaniske populasjoner hadde en tendens til å ha et høyere antall mikrober i hver prøve, og individer hadde en tendens til å dele lignende mikrobielle profiler. I Botswana, på den andre siden, prøver hadde en tendens til å ha færre mikrobielle arter totalt sett, og individers mikrobiomer hadde en tendens til å være mer forskjellige fra hverandre. Det sistnevnte mønsteret var også tilstede i de amerikanske prøvene.

Selv om analysen ikke pekte på en "røykepistol" som forklarte dette resultatet, forskerne antar at årsakene er knyttet til Botswanas komparative nasjonale rikdom og tilgang til medisinsk behandling.

"Botswana har diamanter og er relativt velstående, "sier Tishkoff." De har et gratis medisinsk system og et gratis utdanningssystem, som er veldig forskjellig fra Tanzania. "

"Du kan tenke deg at innenfor spekteret av svært forskjellige grupper i afrikanske land, "sier Rubel, "Det er grupper som gjennomgår disse myke industrialiseringstiltakene som kan være alt fra økt tilgang til klinisk behandling til forskjellige typer mat. Antibiotisk bruk er noe som virkelig kan forandre tarmmikrobiomet, så folk som har mer tilgang til det kan se markante endringer i mikrobiomet sitt. "

Slike skift kan bidra til å forklare likhetene mellom Botswana og amerikanske prøver, Selv om forskerne sier at mer arbeid må gjøres for å bekrefte at det er tilfelle.

Alt i alt, derimot, brede forskjeller i tarmmikrobiomet var lett synlige mellom USA og de fleste afrikanere. I Afrika, frekvensen av noen bakteriegrupper kan differensiere populasjoner etter etnisitet og livsstil. For eksempel, de to jeger-samlerpopulasjonene, San og Hadza, hadde forskjellige mønstre av tarmbakterier sammenlignet med pastoralistiske eller agropastoralistiske grupper. I tillegg, i Maasai- og Hadza -befolkningen, to grupper der arbeidsfordelingen mellom menn og kvinner er spesielt ekstrem, forskerne fant betydelige kjønnsforskjeller i mikrobiomene de analyserte.

For å forstå mer om hva bakteriene i tarmen faktisk gjorde, forskerne så etter molekylære veier som var rikelig på tvers av de forskjellige mikrobielle artene i en gitt prøve. I de amerikanske prøvene, de identifiserte veier involvert i å bryte ned miljøgifter, som bisfenol, som inkluderer bisfenol A, bedre kjent som "den fryktede BPA i plast, "sier Rubel, så vel som DDT, insektmidlet som er ansvarlig for tynning av eggeskall fra fugler som har vært forbudt i USA siden 1970 -tallet.

De fant bevis på DDT-nedbrytningsveier også i prøvene fra Botswana, et land som har fortsatt å bruke kjemikaliet for å kontrollere mygg som er ansvarlig for overførte sykdommer som malaria.

Funnene reiser en rekke interessante spørsmål, som forskerne håper å kaste mer lys med ytterligere analyser og grundig genetisk og genomisk sekvensering i fremtiden. De undersøker også prøvene ytterligere for å se om tilstedeværelsen av gastrointestinale patogener kan spille en hovedrolle i å påvirke tarmmikrobiota til mennesker i områder der slike infeksjoner er utbredt.

"Vårt arbeid utvider en voksende fortelling, "sier Rubel, "hvor mikrobiomtrender ser ut til å spore med industrialiseringsnivået på tvers av befolkninger."

Forskerne bemerker at selv disse fjerne afrikanske befolkningene ikke er statiske i deres livsstilspraksis; utvikling og dens påvirkning på miljøet og tradisjonell livsstil kan manifestere seg i skiftende mikrobiom -mønstre.

"Det som ville være flott å gjøre er en langsgående studie av noen av disse gruppene, "sier Hansen." I løpet av de neste 20 årene, livene deres vil sikkert endre seg raskt, og det ville være interessant å se om vi finner et skifte i mikrobiomet ettersom disse livsstilsfaktorene endres. "

• Fekal transplantasjon fra visse givere bedre enn andre
• Studie beskriver metabolisme av tarmmikrobiota hos babyer for første gang