Het menselijke darmmicrobioom is samengesteld uit duizenden verschillende bacteriën en archaea die sterk variëren tussen populaties en individuen. Wetenschappers van het Max Planck Instituut voor Biologie in Tübingen hebben nu darmmicroben ontdekt die een parallelle evolutionaire geschiedenis delen met hun menselijke gastheren:de micro-organismen hebben zich gedurende honderdduizenden jaren in de menselijke darmomgeving ontwikkeld. Bovendien vertonen sommige microben genomische en functionele kenmerken waardoor ze afhankelijk zijn van hun gastheer. Nu gepubliceerd in Wetenschap , presenteren de onderzoekers de resultaten van hun onderzoek dat is uitgevoerd met gegevens van 1.225 personen uit Afrika, Azië en Europa.

Veel microbensoorten in de menselijke darm zijn te vinden in populaties van over de hele wereld. Binnen een microbesoort verschillen de microbestammen echter opmerkelijk tussen individuen en populaties. Ondanks hun belang voor de menselijke gezondheid was er tot nu toe weinig bekend over de oorsprong van deze stammen. Bovendien leven de meeste van deze soorten bijna uitsluitend in de menselijke darm. Dit roept de vraag op waar de micro-organismen in de menselijke darm vandaan komen.

De geschiedenis van microben en mensen met elkaar verbinden

Het onderzoeksteam vermoedde dat specifieke soorten en stammen bij mensen zijn geweest terwijl de mensheid diversifieerde en zich over de hele wereld verspreidde. Om te testen of microben gelijktijdig met hun menselijke gastheren evolueerden en diversifieerden, vergeleken onderzoekers van het Max Planck Instituut voor Biologie, het Instituut voor Tropische Geneeskunde en de Cluster of Excellence CMFI aan de Universiteit van Tübingen voor het eerst systematisch de evolutionaire geschiedenis van mensen en van darmmicroben.

De onderzoekers creëerden fylogenetische bomen voor 1.225 menselijke studiedeelnemers en voor 59 microbiële soorten die in hun ingewanden worden gevonden, en gebruikten statistische tests om te onderzoeken hoe goed deze bomen overeenkomen. Meer dan 60% van de onderzochte soorten kwam overeen met de evolutionaire geschiedenis van hun menselijke gastheer, wat betekent dat deze microben gedurende ~ 100.000 jaar co-diversifieerden in de menselijke darm toen mensen uit Afrika over de continenten verspreidden. "We wisten niet dat een van onze darmmicroben onze evolutionaire geschiedenis zo nauw volgde", zegt Ruth Ley, hoofd van de afdeling Microbiome Science van het Max Planck Institute for Biology, Tübingen, waar de studie werd uitgevoerd, en plaatsvervangend woordvoerder van de CMFI.

Darmmicroben werden afhankelijk van hun gastheren

"Het is ook opmerkelijk dat de soorten die onze geschiedenis het nauwst hebben gevolgd, nu degenen zijn die het meest afhankelijk zijn van de darmomgeving", voegt Ley eraan toe. Sommige van de microbe-stammen die samen met mensen zijn geëvolueerd, zijn inderdaad sterk afhankelijk van de menselijke darmomgeving:ze hebben kleinere genomen en zijn gevoeliger voor zuurstofniveaus en temperatuurkenmerken die het moeilijk maken om buiten het menselijk lichaam te overleven. Daarentegen vertoonden micro-organismen die een zwakkere associatie met de menselijke geschiedenis vertoonden meer kenmerken die vergelijkbaar waren met vrij levende bacteriën.

"Sommige darmmicroben gedragen zich alsof ze deel uitmaken van het menselijk genoom", legt Taichi Suzuki uit, die het hoofdauteurschap van het onderzoek deelt met zijn collega Liam Fitzstevens. "Je kunt je voorstellen dat die microben zich op een gradiënt bevinden van 'vrij levend' naar afhankelijk van de omgeving van het menselijk lichaam. We hebben gezien dat sommige menselijke darmbacteriën verder op de gradiënt naar onomkeerbare gastheerafhankelijkheid zijn dan eerder werd gedacht."

Ley zegt:"Dit verandert fundamenteel hoe we het menselijke darmmicrobioom zien."

Bevolkingsspecifieke benadering van op microbioom gebaseerde therapieën

Om gegevens te verkrijgen van een diverse subset van de wereldbevolking, analyseerde het onderzoeksteam de darmmicroben en genomen van 1.225 individuen in Europa, Azië en Afrika. De ontlasting en speekselmonsters zijn verzameld met de hulp van onderzoekers van het Instituut voor Tropische Geneeskunde van de Universiteit van Tübingen en hun partners in Vietnam en Gabon. Bovendien ondersteunden onderzoekers over de hele wereld het onderzoek door vergelijkbare datasets te verstrekken van deelnemers die waren gerekruteerd in Kameroen, Zuid-Korea en het VK.

De bevindingen van de studie helpen bij het beter begrijpen van populatiespecifieke microben die al lang in verband worden gebracht met de lokale menselijke populatie. Met deze kennis kunnen op microbioom gebaseerde therapieën van ziekten worden aangepast en verfijnd tot een populatiespecifieke behandeling. + Verder verkennen

Studie onthult enkele geheimen van hoe microben en hun genen de wereld doorkruisen