Abordarea ecologiei inverse relevă complexitatea ascunsă a microbiomului intestinal
Microbiomul intestinal uman găzduiește un ecosistem complex format din trilioane de microorganisme, influențând digestia, sistemul imunitar și metabolismul.
O echipă de cercetători condusă de Universitatea din Viena a utilizat abordarea analitică numită „ecologie inversă” pentru a demonstra că multe dintre speciile bacteriene cunoscute din intestin sunt formate din grupuri evolutiv distincte, adaptate la condiții diferite din organism. Unele dintre aceste populații sunt asociate cu vârsta înaintată, bolile inflamatorii intestinale cronice, cancerul colorectal și diabetul de tip 2. Rezultatele au fost publicate în revista Nature și ar putea îmbunătăți căutarea biomarkerilor și, pe termen lung, să permită terapii mai precise.
Studiile microbiomului clasifică de obicei bacteriile în specii întregi sau grupuri genetice similare. Deși aceste categorii sunt utile, ele nu reflectă întotdeauna populațiile care s-au adaptat la diferite condiții din corpul uman. Din acest motiv, rămâne adesea neclar care bacterii sunt asociate cu boli, care sunt doar incidentale și care ar putea oferi protecție. Aceasta ridică o întrebare esențială: pot fi identificate unități biologice mai precise care au apărut prin adaptare și care ocupă nișe ecologice diferite în intestin?
Echipa de cercetare a analizat mii de izolate bacteriene din intestinul uman, precum și date metagenomice extinse – adică informațiile genetice complete ale comunităților microbiene din eșantion – provenind de la persoane din diferite țări și din diverse grupuri de vârstă și sănătate. Folosind o metodă bioinformatică recent dezvoltată în cadrul abordării „ecologie inversă” – o abordare care deduce adaptările ecologice din datele genomice – cercetătorii au căutat urme genetice ale unei adaptări de succes.
În mod special, au fost interesante indicațiile proceselor denumite „sweep-uri selective pe întregul genom” – procese prin care un individ dobândește o mutație benefică și, astfel, înlocuiește alți indivizi înrudiți. Pe de o parte, acest lucru duce la o pierdere a diversității; pe de altă parte, generează populații de indivizi care sunt foarte omogene din punct de vedere al rudeniei și funcției, evidențiindu-se clar în setul de date. Analiza a arătat că multe dintre speciile bacteriene cunoscute din intestin se ramifică în mai multe astfel de linii. Aceste populații par să difere în funcție de condițiile în care prosperă cel mai bine. „Dacă nu te limitezi doar la numărarea speciilor, ci iei în considerare adaptarea evolutivă, poți identifica mult mai precis unitățile biologice relevante din microbiom”, afirmă autorul principal Xiaoqian Annie Yu, de la Centrul pentru Microbiologie și Știința Sistemelor de Mediu (CeMESS), Universitatea din Viena. „Chiar și în cadrul aceleași specii bacteriene, unele populații apar mai frecvent decât altele în anumite boli. Când toate sunt luate în considerare împreună, acest lucru rămâne adesea ascuns.”
Cercetătorii au descoperit, de asemenea, dovezi că populațiile extrem de competitive se pot răspândi rapid pe continente – în unele cazuri în doar câteva decenii. Până acum, un astfel de model a fost observat în principal în cazul patogenilor.
„Descoperirile noastre arată că bacteriile intestinale sunt de asemenea mai dinamice decât se credea anterior. Strain-urile bine adaptate se pot răspândi internațional și pot ocupa noi nișe ecologice”, spune Martin F. Polz, Universitatea din Viena.
Aceasta sugerează că nu doar dieta, medicamentele sau stilul de viață formează microbiomul, ci și procesele de transmisie între oameni ar putea juca un rol important.
Studiul deschide noi perspective pentru cercetarea microbiomului. În loc să coreleze întregi specii bacteriene cu boli, ar putea fi posibil, în viitor, să se vizeze specific acele populații care sunt cu adevărat semnificative. Acest lucru ar putea îmbunătăți căutarea biomarkerilor și, pe termen lung, să permită terapii mai precise – de exemplu, prin promovarea specifică a tulpinilor bacteriene benefice sau prin suprimarea celor problematice. Ca următor pas, echipa intenționează să investigheze care gene disting populațiile identificate între ele și ce funcții biologice sunt asociate cu acestea.
Rezumat:
- Multe specii de bacterii intestinale constau din mai multe populații evolutiv distincte.
- Unele dintre aceste populații sunt asociate cu îmbătrânirea, cancerul colorectal, boala inflamatorie intestinală și diabetul de tip 2.
- Liniile de succes se pot răspândi la nivel mondial în decurs de câteva decenii.
- Această abordare ar putea permite diagnostice mai precise și terapii mai țintite în microbiom.
