Кишечник рассказал об эволюции человека

Биологи выяснили, что эволюция бактерий в пищеварительном тракте человека и человекообразных обезьян идет параллельно. Подробнее об исследовании можно узнать в журнале Science.

В результате последних лет изучения бактерий нашей пищеварительной системы, которые то и дело страдают от приема антибиотиков, стресса и несбалансированной диеты, ученые обнаружили, что большое количество бактерий в кишечнике живет с нами уже на протяжении 15 млн лет — времен, когда по Земле еще бродили наши общие предки со всеми понгидами (включающими человекообразных обезьян, а также других представителей рода Homo, ныне вымерших).

Исследование также показало, что микробы в нашем кишечнике определяются не только внешними факторами, такими как диеты, медицина и география, но и историей нашей эволюции.

С помощью реконструкции «группового портрета» обитателей кишечника наших предков можно не только узнать, чем они питались, но и проследить их родство и миграцию: так, сравнение ДНК жителей Юго-Восточной Африки и США показало, что ветви бактерий разошлись 1,7 млн лет назад — время одного из первых исходов людей из Африки.

Бактерии, которых мы потеряли

Ученые из Университета Беркли и Техасского университета изучили ДНК микробов, содержащихся в 87 образцах фекалий приматов различных видов. Видовую принадлежность бактерий определяли с помощью очень консервативного (то есть важного и поэтому медленно мутирующего и изменяющегося) участка их генома, где записан ген одной из половинок — субъединиц ДНК-гиразы. Этот белок у бактерии занят разрезанием и распутыванием ее кольцевой ДНК, которая закручивается при каждом удвоении. Понятно, что работа такой «машинки» для резки и распутывания самого ценного для клетки материала должна быть точной, как скальпель хирурга. Поэтому эксперименты с такими важными белками эволюция ставит редко, пользуясь правилом «лучшее — враг хорошего». Это и делает последовательность, где такой белок закодирован, удобной моделью измерения больших отрезков времени с помощью молекулярных часов — оценки времени по количеству мутаций (чем более давно разошлись виды, тем больше отличий можно у них отыскать), на основе чего можно построить родословную изучаемых организмов. Также удобной альтернативой «отпечатков пальцев» для идентификации определенного штамма или вида.

Для изучения микробиоты у человека или животного в кишечнике многие ученые выявляют конкретные имеющиеся микробы, основываясь на определенном участке ДНК, где кодируется субъединица 16S рибосомных рибонуклеиновых кислот (рРНК), составляющих рибосому — важную структуру живой клетки, которая занимается сборкой белковых молекул.

Но эти последовательности изменялись слишком медленно в масштабе времени существования нашего вида и ближайших предковых видов, поэтому ученые остановили свой выбор на гиразе.

Оказалось, что два семейства бактерий, Bacteroidaceae и Bifidobacteriaceae (известные всем из рекламы йогуртов бифидобактерии), присутствовали в образцах и человекообразных обезьян, и людей, а вот представители семейства Lachnospiraceae были утрачены человеком в процессе эволюции.

Мы — это наши микробиомы

Микробиом — это микробы, которые живут у нас в коже, в отверстиях в наших телах и нашем кишечнике. Значение микробиоты для людей стало очевидно за прошедшее десятилетие, когда ученые сравнивали популяции микробов у здоровых и больных людей, у новорожденных и взрослых, а также у людей разных этнических групп по всему миру. В нашем теле микробных клеток больше, чем наших собственных. Теперь стало известно, что они передаются от матери к ребенку во время рождения и беспрерывно подвергаются изменениям из-за условий жизни, типа диеты, лекарств и даже из-за домашнего питомца. Ученые также предполагают, что эти бактерии могут влиять на наше настроение и поведение.

«Бактерии в кишечнике действительно связаны с нашей биологией, — утверждает ведущий автор исследования Эндрю Моллер из Музея зоологии позвоночных Университета Беркли. — Благодаря данному исследованию, у нас появилась общая схема, чтобы изучить, как все это началось».

Ожирение, рак, некоторые заболевания воспалительной природы, такие как болезнь Крона и диабет, часто связывают с микроскопическими обитателями нашего пищеварительного тракта, с нарушением соотношения «дружелюбных» и «враждебных» человеку штаммов.

«Исследование показывает, что бактерии в нашем желудке и кишечнике являются прямыми потомками тех, что жили в наших общих с обезьянами предках, — рассказывает Эндрю Моллер. — Это означает, что мы кроме своих генов передаем потомкам и «бактериальное наследство», доставшееся нам от африканских приматов. А то, что мы утратили его часть, может быть одной из причин наших нынешних болезней».

«Теперь у нас есть образцы от всех основных групп млекопитающих, и наш следующий шаг — проследить эволюцию микробиоты с той эпохи, когда мы были крошечными плотоядными созданиями сто миллионов лет назад», — заявляет Эндрю Моллер.