lunes, 31 de julio de 2017

La evolución de las bacterias intestinales en humanos y homínidos es paralela a la evolución de los simios



Un bonobo, antes llamado chimpancé pigmeo, está comiendo fruta en la República Democrática del Congo. Los bonobos, los chimpancés, los gorilas y los humanos han desarrollado sus propios microbios intestinales basados ​​en una flora intestinal ancestral en nuestro ancestro común más reciente.
Foto de Alexander Georgiev, cortesía de Science
Para toda la ansiedad de hoy sobre las bacterias en nuestro intestino estar bajo constante asalto por los antibióticos, el estrés y las dietas mal, resulta que muchas de las bacterias en nuestros intestinos han estado con nosotros durante al menos 15 millones de años, ya que estábamos pre - simios humanos.
Una nueva comparación de los microbios intestinales de los seres humanos, chimpancés (nuestro antepasado más cercano), bonobos y gorilas muestra que la evolución de dos de las principales familias de bacterias en las tripas de estos simios es exactamente paralelo a la evolución de sus huéspedes.
Esto demuestra que los microbios en nuestras entrañas están determinados en parte por nuestra historia evolutiva, no sólo factores externos como la dieta, la medicina y la geografía. La obesidad, el cáncer y algunas enfermedades inflamatorias, como la diabetes y la enfermedad de Crohn, se han relacionado con desequilibrios en la mezcla de microbios en nuestro estómago e intestinos.
"Estamos demostrando que algunas bacterias intestinales humanas son los descendientes directos de las bacterias intestinales que vivían dentro de nuestros antepasados ​​comunes con simios", dijo el investigador principal Andrew Moeller, un becario de postdoctorado Miller en el Museo de Zoología de Vertebrados de la UC Berkeley. "Muestra que ha habido una línea ininterrumpida de herencia o transferencia de una generación a otra durante millones de años, desde el amanecer de los simios africanos".
Moeller está empezando a reunir una instantánea de los microbios en las entrañas de nuestro antiguo antepasado de los simios - en esencia, un paleo intestino que se ajusta a nuestra dieta paleo - y espera ir aún más atrás en el tiempo si, como parece, todos los mamíferos Han desarrollado su microbiota única de una población ancestral común en el pasado lejano.
"Ahora tenemos muestras de todos los grupos principales de mamíferos, y estamos trabajando en el rastreo de la evolución del microbioma todo el camino de vuelta a cuando éramos pequeñas criaturas carnívoras hace 100 millones de años", dijo.
Moeller y sus colegas africanos y estadounidenses, incluyendo al autor correspondiente Howard Ochman en la Universidad de Texas en Austin, publicarán sus hallazgos en la edición del 22 de julio de Science .
"Es sorprendente que nuestros microbios intestinales, que pudiéramos obtener de muchas fuentes en el medio ambiente, han sido realmente co-evolucionando dentro de nosotros durante tanto tiempo", dijo Ochman, quien señaló que los microbios fueron transmitidos a cientos de miles de Generaciones de acogida.
Los microbios somos nosotros
La importancia del microbioma humano -los microbios que viven en nuestra piel, en nuestros orificios corporales y en nuestros intestinos- se ha vuelto evidente en la última década a medida que los científicos han secuenciado las poblaciones microbianas de personas sanas y no saludables, desde recién nacidos hasta adultos mayores , Y de los pueblos de todo el mundo. Hay casi tantas células microbianas en nuestro cuerpo como nuestras propias células y parecen ser transmitidas de madre a hijo durante el nacimiento y continuamente alteradas por el ambiente del hogar, el tipo de dieta, los medicamentos y hasta la mascota de la familia. Las bacterias intestinales, en particular, guían el desarrollo temprano de nuestros intestinos, entrenan a nuestro sistema inmune para combatir patógenos e incluso pueden afectar nuestros estados de ánimo y comportamiento.
"Sabemos que las bacterias intestinales están realmente integradas con nuestra biología, y esta investigación nos da un marco para investigar cómo ha llegado a ser", dijo Moeller.
La mayoría de los investigadores que estudian la microbiota intestinal de seres humanos o animales han identificado los microbios específicos presentes en base a un fragmento distintivo de ADN que codifica una parte de ARN en el ribosoma bacteriano, que fabrica proteínas. Esta pieza de ADN, llamada subunidad 16S del ARN ribosómico, no cambia rápidamente con el tiempo, sin embargo, por lo que da un cronograma muy crudo para la evolución de las bacterias. Su lento ritmo de cambio no permite a los investigadores determinar qué cepas bacterianas individuales - diferentes variantes de la misma especie - están presentes, sólo el género ya veces las especies.
Moeller y sus colegas decidieron, en cambio, mirar un gen de evolución más rápida que varía incluso en diferentes cepas de bacterias, permitiéndoles identificar cepas bacterianas individuales. El gen, llamado girasa B, codifica una subunidad variable de la proteína ADN girasa, que ayuda a la bobina del ADN y desenrollar.
Él y sus colegas obtuvieron heces de 24 gorilas que viven en Camerún, 47 chimpancés del Parque Nacional Gombe en Tanzania, 24 bonobos salvajes de la República Democrática del Congo y 16 personas de Connecticut. Aislaron el ADN bacteriano de estas muestras, amplificaron el ADN de los genes de la girasa B presentes y catalogaron las variaciones dentro de tres familias bacterianas principales para crear un árbol genealógico del microbioma para tres familias de bacterias - Bacteroidaceae, Bifidobacteriaceae y Lachnospiraceae - 20 por ciento de todos los microbios en el intestino humano, incluyendo las bacterias y sus primos, las Archaea.
Sólo las bacterias en las familias Bacteroidaceae y Bifidobacteriaceae mostraron cospeciation con sus anfitriones de mono, con la diversidad microbiana intestinal más baja en los seres humanos y más alta en los gorilas.
"Una vez que calibramos el reloj molecular, pudimos fechar la división de bacterias humanas y de chimpancés hace unos 5,3 millones de años, y las bacterias intestinales humano-gorila se dividieron hace 15,6 millones de años, lo que está aproximadamente en línea con lo que nosotros Saber de los datos fósiles y genómicos de los anfitriones ", dijo Moeller. "Es una línea más de evidencia que las bacterias intestinales han cospeciated con seres humanos."
"En cierto modo, la especiación del huésped es como la deriva continental: cuando dos continentes se separan, biotas completas empiezan a divergir", dijo Moeller. "Aquí, mientras los anfitriones se están dividiendo, una buena parte de su microbiota también está dividiendo y diversificando".
El tercer árbol bacteriano, el Lachnospiraceae, era más complicado. Aparentemente al menos cuatro veces cuando estas bacterias se transfirieron entre diferentes especies huésped. Los investigadores especulan que debido a que estas bacterias forman esporas y por lo tanto pueden sobrevivir fuera de sus huéspedes durante largos períodos, que se pasó fácilmente entre las especies.
"Hemos demostrado que el microbioma es un compuesto de linajes microbianos, algunos que han cospeciated con nosotros, y algunos que se han pasado de una especie de acogida a otra", dijo.
También examinaron los metagenomes microbianos de los africanos de Malawi, y vieron diferencias claras entre la microbiota humana africana y de los EEUU, con algunos linajes seeminly perdidos por los americanos.
"Será interesante en el futuro hacer un estudio completo de las poblaciones humanas usando este método de nivel de cepa para ver si podemos usar bacterias para reconstruir la historia de las migraciones humanas", dijo.

Fuente de la historia:
Materiales suministrados por la Universidad de California - Berkeley . Original escrito por Robert Sanders. Nota: El contenido puede ser editado para el estilo y la longitud.

Referencia del Diario :
  1. Andrew H. Moeller, Alejandro Caro Quintero, Deus Mjungu, Alejandro V. Georgiev, Elizabeth V. Lonsdorf, Martín N. Muller, Anne E. Pusey, Martine Peeters, Beatrice H. Hahn, Howard Ochman. Cosmética de la microbiota intestinal con homínidos . Science , 2016 DOI: 10.1126 / science.aaf3951