El microbioma intestinal también puede desempeñar un papel en la medicina personalizada. nopparit/iStock a través de Getty Images Plus
Cuando los primeros humanos se mudaron de África, llevaron consigo sus microbios intestinales. Resulta que estos microbios también evolucionaron junto con ellos.
La microbioma intestinal humano se compone de cientos a miles de especies de bacterias y arqueas. Dentro de una especie dada de microbio, diferentes cepas portan diferentes genes que pueden afectar su salud y las enfermedades a las que es susceptible.
Hay variación pronunciada en la composición microbiana y la diversidad del microbioma intestinal entre personas que viven en diferentes países del mundo. Aunque los investigadores están comenzando a comprender qué factores afectan la composición del microbioma, como la dieta, todavía hay una comprensión limitada de por qué diferentes grupos tienen diferentes cepas de la misma especie de microbios en sus intestinos.
Somos investigadores que estudiamos evolución microbiana y microbiomas'. Nuestro estudio recientemente publicado descubrió que los microbios no solo se diversificaron con sus primeros huéspedes humanos modernos a medida que viajaban por todo el mundo, sino que siguieron la evolución humana restringiéndose a la vida en el intestino.
El microbioma intestinal juega un papel clave en muchas áreas de su salud.
Los microbios comparten la historia evolutiva con los humanos
Planteamos la hipótesis de que, a medida que los humanos se extendían por todo el mundo y se diversificaban genéticamente, también lo hacían las especies microbianas en sus intestinos. En otras palabras, los microbios intestinales y sus anfitriones humanos se "codiversificaron" y evolucionaron juntos, al igual que los seres humanos se diversificaron para que las personas en Asia se vean diferentes de las personas en Europa, también lo hicieron sus microbiomas.
Para evaluar esto, necesitábamos emparejar datos del genoma humano y del microbioma de personas de todo el mundo. Sin embargo, los conjuntos de datos que proporcionaron tanto los datos del microbioma como la información del genoma de las personas eran limitados cuando comenzamos este estudio. La mayoría de los datos disponibles públicamente procedían de América del Norte y Europa occidental, y necesitábamos datos que fueran más representativos de las poblaciones de todo el mundo.
Entonces, nuestro equipo de investigación utilizó datos existentes de Camerún, Corea del Sur y el Reino Unido, y además reclutó a madres y sus hijos pequeños en Gabón, Vietnam y Alemania. Recolectamos muestras de saliva de los adultos para determinar su genotipo o características genéticas, y muestras fecales para secuenciar los genomas de sus microbios intestinales.
Para nuestro análisis, utilizamos datos de 839 adultos y 386 niños. Para evaluar las historias evolutivas de los humanos y los microbios intestinales, creamos árboles filogenéticos para cada persona y también para 59 cepas de las especies microbianas más comunes.
Cuando comparamos los árboles humanos con los árboles microbianos, descubrimos un gradiente de qué tan bien coincidían. Algunos árboles bacterianos no coincidían en absoluto con los árboles humanos, mientras que otros coincidían muy bien, lo que indica que estas especies se codiversificaron con los humanos. Algunas especies microbianas, de hecho, han estado en el camino evolutivo durante más de cientos de miles de años.
Estos dos árboles filogenéticos de participantes humanos (izquierda) y una especie bacteriana (derecha) coinciden estrechamente, lo que indica que probablemente se diversificaron juntos a lo largo de la evolución. Reimpreso con permiso de Suzuki et al., Science Volume 377, abm7759 (2022), CC BY-NC-ND
También descubrimos que los microbios que evolucionaron junto con las personas tienen un conjunto único de genes y rasgos en comparación con los microbios que no se han codiversificado con las personas. Los microbios que se asociaron con los humanos tienen genomas más pequeños y una mayor sensibilidad al oxígeno y la temperatura, en su mayoría incapaces de tolerar condiciones por debajo de la temperatura del cuerpo humano.
Por el contrario, los microbios intestinales con vínculos más débiles con la evolución humana tienen rasgos y genes característicos de las bacterias de vida libre en el entorno externo. Este hallazgo sugiere que los microbios codiversificados dependen en gran medida de las condiciones ambientales del cuerpo humano y deben transmitirse rápidamente de una persona a otra, ya sea de generación en generación o entre personas que viven en las mismas comunidades.
Confirmando este modo de transmisión, encontramos que las madres y sus hijos tenían las mismas cepas de microbios en sus intestinos. Los microbios que no se codiversificaron, por el contrario, tenían más probabilidades de sobrevivir bien fuera del cuerpo y pueden transmitirse más ampliamente a través del agua y el suelo.
Microbios intestinales y medicina personalizada
Nuestro descubrimiento de que los microbios intestinales evolucionaron junto con sus huéspedes humanos ofrece otra forma de ver el microbioma intestinal humano. Los microbios intestinales se han transmitido entre las personas durante cientos o miles de generaciones, de modo que a medida que los humanos cambiaron, también lo hicieron sus microbios intestinales. Como resultado, algunos microbios intestinales se comportan como si fueran parte del genoma humano: son paquetes de genes que se transmiten entre generaciones y son compartidos por individuos emparentados.
Medicina personalizada y las pruebas genéticas están comenzando a hacer que los tratamientos sean más específicos y efectivos para el individuo. Saber qué microbios han tenido asociaciones a largo plazo con las personas puede ayudar a los investigadores a desarrollar tratamientos basados en microbiomas específicos para cada población. Los médicos ya están usando probióticos de origen local derivados de los microbios intestinales de los miembros de la comunidad para tratar la desnutrición.
Nuestros hallazgos también ayudan a los científicos a comprender mejor cómo los microbios hacen la transición ecológica y evolutiva de "vida libre" en el medio ambiente a depender de las condiciones del intestino humano. Los microbios codiversificados tienen rasgos y genes. recuerda a los simbiontes bacterianos que viven dentro de huéspedes de insectos. Estas características compartidas sugieren que otros huéspedes animales también pueden tener microbios intestinales que se codiversificaron con ellos a lo largo de la evolución.
Prestar especial atención a los microbios que comparten la historia evolutiva humana puede ayudar a mejorar la comprensión del papel que desempeñan en el bienestar humano.
Acerca de los Autores
Taichi A.Suzuki, investigador asociado postdoctoral en ciencia del microbioma, Instituto Max Planck de Biología y ruth ley, Director, Departamento de Ciencias del Microbioma, Instituto Max Planck de Biología
Este artículo se republica de La conversación bajo una licencia Creative Commons. Leer el articulo original.
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