Човешкият микробиом е сложна общност от трилиони микроби, които непрекъснато взаимодействат помежду си и с телата ни. Той подпомага нашето здравословно състояние, имунната система и психичното здраве - но как ги поддържа?
Изследователи от Великобритания и Германия, заедно с други международни сътрудници, са изследвали еволюцията на бактериите в микробиома на човешките черва - проучвайки как тези микроби съществуват през целия си живот - отчитайки вътрешни и външни влияещи фактори.
Резултатите от проучването ще помогнат за информиране на съобразени пробиотици, живи бактерии, открити в определени храни или добавки, както и диетични или медицински интервенции за лечение на чревни заболявания и поддържане на здравословен чревен микробиом.
Поддържането на стабилна, здрава чревна микробна популация е взаимно полезно за нас и бактериите. В замяна на храненето и удобното местообитание, общността на микробите ни връща услугата, като ни предоставя ползи за здравето, които сега започваме да разбираме.
Водещият автор и ръководител на групата д-р Фолк Хилдебранд (Falk Hildebrand) от Института "Квадрам" и Института "Ърлъм" обяснява:
"Знаем, че определени микроби ни колонизират още при раждането ни, а някои могат да живеят с нас в продължение на десетилетия. И все пак, въпреки че проучванията са разглеждали отделни видове микроби, механизмите и мащабите на устойчивост в микробиома като цяло не са изследвани".
За да изследват това, екип от учени от Института "Квадрам" и Института "Ърлъм", заедно с Европейската лаборатория за молекулярна биология (EMBL) в Германия, използват метагеномиката, за да анализират еволюционните стратегии и устойчивостта на различни бактерии в човешкия чревен микробиом.
Метагеномиката е изследване на всички гени от много различни организми в една популация. По отношение на човешкия чревен микробиом този процес не само предоставя подробна информация за наличните бактериални щамове, но също така показва полезните способности на тези различни щамове, въз основа на тяхната генетика, за поддържане на червата в добро състояние.
Екипът анализира метагеномите от над 2000 проби от изпражнения на възрастни и бебета, включително няколко от едни и същи семейства и открива три основни стратегии за разпространение, които са в основата на устойчивостта на бактериите на човешките черва. Данните са получени от предварително публикувани проучвания, разглеждащи промените в микробиомите с течение на времето, като всеки индивид предоставя средно 2-3 проби с интервал от няколко месеца.
„Чрез разглеждане на времеви серии от отделни лица и членове на семейство и съпоставянето им с географска информация, варираща от домакинство през град до държава, ние идентифицирахме групи бактериални щамове, които показват различни техни стратегии за разпространение. Това представи много различни модели на устойчивост в гостоприемника, регионално разпространение и географско разпространение на стотици бактериални видове", разказва водещият автор и директор EMBL Хайделберг (научни дейности) проф. Пийр Борк (Peer Bork).
Данните са вградени в разнообразен набор от 5278 метагенома, които са изследвани, за да се анализират модели на устойчивост в различните видове бактерии и как те са били повлияни от общи фактори - възраст, членове на семейството, географски регион и употреба на антибиотици.
„Нашият анализ показва, че повечето щамове бактерии, присъстващи в микробиома, са много постоянни - като шансът щам да продължи поне една година е над 90%“, отбелязва д-р Хилдебранд.
"Някои видове микроби демонстрират устойчиви разлики, бидейки или силно устойчиви таксономични групи, или слабо устойчиви, разчитащи повече на обмена между членовете на семейството. При бебетата обаче средната продължителност на бактериалните щамове спада до 80 процента. Знаем, че особено при новородените бебета има постоянен обмен на чревни микроби".
Проф. Борк добавя: "Това, което показва проучването, е, че присъщите нива на устойчивост на бактериите, наблюдавани при възрастни, се отразяват и при децата и постепенно започваме да придобиваме тези устойчиви бактерии на възраст до около десет години, в който момент микробиомът достига стабилно състояние".
"Антибиотиците имаха различни ефекти на различните видове бактерии, като цялостният ефект зависи от това колко устойчиви са различните бактерии, тяхната присъща устойчивост и до каква степен те са заменими в микробиома".
За да разберат какво определя устойчивостта, изследователите сравняват микробиомните общности отвъд индивидуалното ниво, но също така и между семейства, държави и региони. Това им позволя да групират бактериите въз основа на техните характеристики на устойчивост и чрез геномния анализ да търсят улики за еволюцията на стратегиите на тези групи при разпръскването сред новите човешки гостоприемници.
Персистентност (устойчивост)
Първата група, наречена „персистентни“ бактерии, са и най-устойчивите и най-добре адаптираните за оцеляване в човешките черва. Например тези бактерии успяват да оцелеят, докато гостоприемникът преминава през различни източници на хранене в ранна детска възраст и в зряла възраст.
Персистентните бактерии обаче са тези, които най-вероятно ще бъдат загубени от микробиома след употреба на антибиотици. Ако носим тези бактерии в себе си от детството, тяхната загуба може да е трайна. Това е особено притеснително във връзка с прекомерната употреба и злоупотреба с антибиотици.
Другата група е наречена „наследствено персистентни“ ('heredipersistent') бактерии, които са щамове, които „се наследяват“ и се групират вътре в семействата. Те имат по-ниска устойчивост в детска възраст и по-висока скорост на промяна, което предполага, че циклите на реинфекция са от ключово значение за тяхната устойчивост при индивида.
Геномният анализ показва, че тези бактерии са склонни да имат гени, които им позволяват да се разпространяват чрез спори, което би спомогнало за предаването от, да речем, родител на дете, но също така и в семейството.
Трета група, наречена „пространствено устойчиви“ (spatiopersistent), изглежда се групира в собствените си географски области, но не се свързва със семейства.
В днешно време има голям интерес към поддържането или манипулирането на микробиома с цел подобряване на здравето, затова изследователският екип се надява тяхното цялостно изследване на еволюцията на различната устойчивост на чревните микроби да доведе до по-добри, по-добре информирани клинични стратегии.
Например еднократните интервенции като трансплантация на фекална микробиота (FMT) може да са подходящи за въвеждане или дори заместване на персистентни бактерии, но не и бактерии, които разчитат на реинфекция. Те могат да се възползват повече от базирани на пробиотици терапии или диетични промени, които с течение на времето променят чревната среда, за да благоприятстват тяхната колонизация и устойчивост.
Новите прозрения за широкообхватните и потенциално трайни увреждания, които антибиотиците могат да нанесат на микробиома, също могат да насочат към нови стратегии за смекчаване на тези различни ефекти.
"Нашето проучване ни даде много по-добра представа за това кои чревни бактерии са тясно свързани с техния гостоприемник и кои са по-склонни да се прехвърлят между гостоприемниците. Това е важна информация за пропребиотиците и повечето медицински приложения, насочени към микробиома на човешките черва", добавя д-р Хилдебранд.
Справка: Falk Hildebrand et al, Dispersal strategies shape persistence and evolution of human gut bacteria, Cell Host & Microbe (2021). DOI: 10.1016/j.chom.2021.05.008
Източник: Persistence pays off in the human gut microbiome
Quadram Institute
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари