TEMA BROJA
LJ.T.
Evolucija, drvo sa mnogo grana / Razvoj mikroba u ljudskom telu
Paketi gena između generacija
Mikrobiom digestivnog trakta ljudi sastoji se od stotina hiljada različitih vrsta bakterija i arhebakterija. U okviru određene vrste mikroba, različiti sojevi nose različite gene koji mogu uticati na zdravlje ljudi i bolesti na koje su ljudi osetljivi. Nađeno je da postoji značajna varijacija u sastavu mikrobioma creva između populacija ljudi koji žive u različitim zemljama širom sveta. Razlika je uočena i između ljudi iste populacije. Iako istraživači počinju da shvataju koji faktori utiču na sastav mikrobioma - recimo, ishrana - još uvek postoji ograničeno razumevanje zašto različite grupe ljudi imaju različite sojeve iste vrste mikroba u crevima.
Naučnici Instituta za biologiju “Maks Plank”, u Tibingenu, Nemačka, otkrili su mikrobe creva koji dele paralelnu istoriju evolucije sa svojim ljudskim domaćinima: mikrobi su evoluirali u ljudskim crevima stotinama hiljada godina. Osim toga, neki mikrobi pokazuju genomske i funkcionalne osobine koje ih čine zavisnim od života u specifičnom domaćinu. Dobijeni su rezultati istraživanja mikrobioma koji su analizirani kod 1225 pojedinaca iz Afrike, Azije i Evrope. Nađeno je da se mnoge vrste mikroba, poreklom iz creva, mogu naći u ljudskim populacijama iz celog sveta. Međutim, u okviru vrste mikroba determinisani su sojevi koji se izuzetno razlikuju između pojedinaca i populacija. I pored njihove važnosti za ljudsko zdravlje, do sada se malo znalo o poreklu ovih sojeva. Štaviše, većina tih sojeva može se naći gotovo isključivo u ljudskom digestivnom traktu i nigde više. Zato se postavlja pitanje: odakle dolaze mikroorganizmi nađeni u ljudskim crevima?
Povezivanje istorije mikroba i ljudi
Kada su se prvi ljudi iselili iz Afrike, nosili su svoje crevne mikrobe sa sobom. Pretpostavlja se da, dok su ljudi migrirali širom sveta i počeli da se genetički međusobno razlikuju, tako su se i vrste i sojevi mikroba diferencirali u njihovim crevima. Drugim rečima, mikrobi creva i njihovi ljudski domaćini kodiferencirali su se i evoluirali zajedno - baš kao što su ljudska bića divergirala pa tako ljudi u Aziji izgledaju drugačije od ljudi u Evropi; tako su i njihovi mikrobiomi sledili evoluciju ograničavajući se na život u crevima.
Da bi testirali da li su mikrobi evoluirali i počeli da se međusobno razlikuju istovremeno sa svojim ljudskim domaćinima, istraživači su upoređivali istoriju evolucije ljudi i mikroba digestivnog trakta. Analizirani su sekvencirani genomi i mikrobiomi creva 1225 jedinki u Europi, Aziji i Africi. Urađena su filogenetska stabla za tih 1225 učesnika studije, kao i za 59 mikrobnih vrsta pronađenih u njihovim digestivnim traktovima. Dobijena filogenetska stabla su upoređivana statističkim testovima da bi se ustanovilo koliko se ta stabla podudaraju. Više od 60% ispitivanih vrsta mikroba podudaralo se s evolucijom njihovog ljudskog domaćina. To znači da su ti mikrobi koevoluirali više od oko 100.000 godina u ljudskim crevima kada su se ljudi raselili iz Afrike širom drugih kontinenata. Dobijeni rezultati su pokazali da je istorija evolucije mikroba digestivnog trakta veoma blisko pratila istoriju evolucije samih ljudi.
Mikrobi digestivnog trakta postali su zavisni od svojih domaćina
Odnos koevolucije ljudi i mikroba creva pokazao se u adaptaciji mikroba na specifične uslove u crevima ljudi. Sojevi mikroba koji su najviše pratili evoluciju ljudi sada se najviše oslanjaju na uslove opstanka u crevima ljudi. Neki od sojeva mikroba koji su evoluirali zajedno s ljudima uvelikozavise od okruženja koje postoji u crevima. Poseduju manje genome i imaju jedinstvene grupe gena i osobina. Pored toga, osetljiviji su na nivo kiseonika i temperaturu, što su uslovi koje otežavaju njihovo preživljavanje izvan ljudskog tela. Pojedini mikrobi creva ne mogu da se razvijaju samo u crevima ljudi i ponašaju se kao da su deo ljudskog genoma. Nasuprot tome, mikrobi creva koji su pokazali slabiju vezu sa evolucijom ljudi imaju osobine i gene karakteristične za mikrobe koji žive u drugim sredinama. Ovo otkriće ukazuje da su mikrobi koji su koevoluirali s ljudima uveliko zavisni od uslova okoline ljudskog tela i moraju se brzo preneti s jedne osobe na drugu, bilo da se prenose generacijski ili između ljudi koji žive u istim zajednicama. U prilog ovakvog tipa prenosa govori i podatak da majke i njihova deca imaju iste sojeve mikroba u crevima. Nasuprot tome, mikrobi koji nisu koevoluirali s ljudima imali su veću verovatnoću da prežive daleko izvan tela i mogu da se šire prenosom kroz vodu i tlo.
Ova otkrića pomažu naučnicima da bolje razumeju kako mikrobi prelaze iz ekološki i evolucijski "slobodnog života" u spoljnoj sredini u mikrobe zavisne od uslova koji postoje u crevima ljudi. Kodivergirajući mikrobi imaju osobine i gene koji podsećaju na bakterijske simbionte koji žive unutar insekata kao domaćina. Ove zajedničke osobine ukazuju da i druge životinje mogu imati mikrobe creva koji su s njima kodivergirali tokom evolucije.
 Personalizovana medicina i crevni mikrobiom
Otkriće da su mikrobi creva evoluirali zajedno sa svojim ljudskim domaćinima nudi još jedan način pogleda na mikrobiom ljudskih creva.Mikrobi creva prenosili su se između ljudi stotinama do hiljadu generacija, tj. kako su se ljudi menjali tokom evolucije tako su se menjali i mikrobi njihovih creva. Kao rezultat toga, neki mikrobi creva se ponašaju kao da su deo ljudskog genoma. Ti mikrobi su "paketi gena" koji se prenose između generacija i raspoređuju se u srodnim pojedincima.
Više od 100 milijardi simbiotskih mikroorganizama, uključujući bakterije i arhebakterije, živi i dalje unutar ljudskih bića i igra važnu ulogu u zdravlju i bolesti ljudi. Danas je sve više naučnih podataka da narušavanje balansa mikrobioma creva ljudi može biti uzrok bolesti. Mikrobiom ljudi u velikoj meri utiče na fiziologiju domaćina. Telo sadrži najmanje 1000 različitih vrsta poznatih bakterija i nosi 150 puta više mikrobnih gena nego što se nalazi u celom ljudskom genomu.
Za poslednjih nekoliko decenija, brojni dokazi ukazali su na ključnu ulogu mikrobioma u zdravlju ljudi putem nekoliko mehanizama. Prvo, mikrobiom ima potencijal za povećanje ekstrakcije energije iz hrana i povećanje iskoristljivosti hranljivih sastojaka. Drugo, mikrobiom sadrži daleko svestraniji metabolički repertoar nego onaj koji se nalazi u ljudskom organizmu tako što poseduje jedinstvene i specifične enzime i biohemijske puteve. To omogućava metabolizam nesvarenih saharida i biosintezu vitamina. Treće, mikrobiom ljudi je fizička barijera koja štiti domaćina od stranih patogena. Konačno, mikrobiom je bitan u razvoju crevne sluznice i imunološkog sistema domaćina
Napredak u istraživanju pokazao je ulogu mikrobne simbioze u razvoju bolesti. Studije su otkrile da narušavanje balansa u okviru mikrobioma ima za posledicu izazivanje mnogih bolesti u ljudi. Tu spadaju infekcije gastrointestinalnog trakta, bolesti jetre, respiratorne bolesti, autoimune bolesti, šećerna bolest...
Imajući u vidu direktnu povezanost evolucije ljudi i njihovih mikrobioma, potrebno je dobiti podatke iz raznih podskupova globalne populacije ljudi i uraditi komparativnu analizu genoma tih populacija i njihovih mikrobioma creva. Rezultati ovakvih studija pomažu u daljem razumevanju mikrobioma koji su odavno evolutivno povezani s lokalnom ljudskom populacijom. S tim znanjem bi se omogućila i eventualna prevencija određenih bolesti. S druge strane, mogu se prilagoditi i usavršiti terapije nekih bolesti karakterističnih za tu populaciju, korišćenjem specifičnog mikrobioma.
Personalizovana medicina i genetičko testiranje čine tretmane specifičnijim i efikasnijim za pojedinca. Saznanje koji su mikrobi imali dugoročna partnerstva s ljudima može pomoći istraživačima da razviju tretmane na bazi mikrobioma specifične za svaku populaciju. Kliničari već koriste lokalno konstruisane probiotike od mikroba creva članova određene zajednice za lečenje neuhranjenosti. Obraćanje pažnje na mikrobe koji dele evolucijsku istoriju ljudi može pomoći u poboljšanju razumevanja njihove uloge u održavanje dobrog zdravlja ljudi.
LJ.T.
Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"
|
