Impactul stilului de viață modern asupra bacteriilor intestinale: o analiză surprinzătoare
Cum influențează industrializarea bacteriile din intestinul uman?
Un studiu realizat în 12 țări a investigat legăturile dintre stilul de viață, dietă și genetica umană în raport cu comunitățile microbiene intestinale și răspunsurile imune intestinale.
Publicat în revista Cell, cercetarea a evaluat 1.015 adulți din diverse colțuri ale lumii, toți fără boli cronice sau infecții, pentru a analiza asocierile dintre stilurile de viață industrializate și diversitatea microbiană intestinală, imunitatea mucoaselor și stresul intestinal.
Studiul a constatat că industrializarea a fost asociată cu pierderi convergente în diversitatea bacteriană a participanților. Populațiile mai industrializate au arătat, de asemenea, o asemănare mai mare în structurile comunităților microbiene și o stabilitate mai scăzută în analizele rețelelor computaționale.
Aceste modificări microbiene au fost însoțite de markeri mai ridicați ai stresului intestinal și de o secreție crescută de imunoglobulină A (IgA), fără o creștere consistentă a inflamației intestinale în rândul întregii cohorte. Indexul de sănătate bazat pe microbiom, dezvoltat folosind date din populații industrializate, a avut o performanță slabă atunci când a fost aplicat populațiilor non-industrializate.
Contextul acestei cercetări este dat de creșterea numărului de boli cronice netransmisibile, cum ar fi tulburările autoimune, sindromul metabolic și boala inflamatorie intestinală (IBD), care au fost corelate cu tranziția umanității către stiluri de viață modernizate și industrializate, inclusiv modificări în somn, dietă și activitate fizică. Contribuțiile relative ale acestor factori rămân incerte.
De asemenea, cercetările anterioare au asociat industrializarea cu o diminuare a taxonilor bacterieni comuni în populațiile mai puțin industrializate și cu o reducere a bogăției microbiene.
Ramificațiile fiziologice mai ample ale acestor perturbări în comunitățile intestinale ale metaorganismului uman (definit ca „sistemul biologic integrat care cuprinde gazda umană și microbiomul asociat”) sunt încă slab înțelese.
Studiile anterioare au comparat adesea populații folosind metode diferite de eșantionare, ceea ce a complicat separarea factorilor de stil de viață de ancestrul geografic, de sarcinile infecțioase locale și de variațiile dietetice. Separarea acestor influențe ar ajuta cercetătorii să interpreteze mai precis diferențele microbiomului.
În cadrul studiului, cercetătorii au caracterizat cohorta Global Microbiome Conservancy (GMbC) pentru a examina aceste influențe interconectate. Datasetul a inclus măsurători microbiene, genetice, dietetice și fiziologice provenite de la 1.015 adulți din 35 de localități din 12 țări, acoperind comunități rurale rar populate și zone urbane dens populate. Studiul transversal a comparat populațiile la un singur punct în timp, fără a urmări indivizii prin schimbările de stil de viață.
Compoziția microbiană intestinală și potențialul funcțional au fost examinate folosind secvențierea metagenomică shotgun profundă, în timp ce variația genetică umană a fost evaluată prin genotipare pe scară largă la 913 participanți. Datasetul a inclus, de asemenea, rapoarte detaliate despre stilul de viață, dietă și ancestru ale participanților, analizate împreună cu variația genetică folosind analiza componentelor principale (PCA) și metode conexe.
Cercetătorii au evaluat proteinele imune și fiziologice din probele de fecale folosind metoda ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay). Aceste analize au măsurat imunoglobulina secretorie A (sIgA), imunoglobulina secretorie M (sIgM), cromogranina A (CgA; un biomarker al stresului neuroendocrin intestinal) și calprotectina (un indicator al inflamației intestinale).
Într-un subset de participanți, s-a efectuat secvențierea IgA la înaltă capacitate (IgA-seq) pentru a cuantifica acoperirea bacteriană cu IgA, în timp ce profilurile microbiene au fost utilizate separat pentru a evalua portabilitatea între populații a Indexului de Sănătate al Microbiotei Intestinale (GMHI).
Rezultatele studiului au arătat că o industrializare mai mare (măsurată folosind mai mulți indicatori de stil de viață) a fost asociată cu o diversitate bacteriană mai scăzută, cu modele similare între țări. Stilul de viață și dieta au explicat, în general, mai multă variație în compoziția bacteriană intestinală decât genetica gazdei, dar efectele lor s-au suprapus și nu au putut fi complet separate.
Populațiile mai industrializate au prezentat, de asemenea, o asemănare mai mare în compoziția bacteriană și relații evolutive mai apropiate între specii, în timp ce analizele computaționale sugerează o stabilitate microbiană redusă a rețelei. Analizele de rețea au indicat că comunitățile industrializate aveau mai multe conexiuni între specii bacteriene și mai puține corelații negative între taxonii bacterieni, alături de o stabilitate mai scăzută în condiții simulate de perturbare. Redundanța funcțională, extinderea în care mai multe specii bacteriene pot îndeplini aceleași sarcini metabolice, a scăzut, în special pentru degradarea carbohidraților complecși. Această scădere a fost explicată în mare parte prin reducerea diversității microbiene.
Analizele funcționale au constatat că microbiomul intestinal industrializat era îmbogățit cu gene implicate în biosinteza cobalaminei (vitamina B12) și metabolismul propionatului, dar rămâne neconfirmat dacă aceste schimbări cresc producția microbiană de vitamina B12.
Nivelele de sIgA fecal au fost de peste două ori mai mari în rândul participanților industrializați comparativ cu grupurile non-industrializate, în medie, în timp ce nivelele de CgA fecal, care reflectă stresul intestinal, erau de peste opt ori mai mari. Calprotectina fecală, un marker al inflamației, nu a arătat aceeași asociere generală cu industrializarea; valori mai mari au fost observate în anumite populații care au experimentat schimbări sociale sau de mediu rapide.
Analiza IgA-seq a 283 de participanți a arătat că indivizii industrializați aveau o frecvență mai mare a taxonilor bacterieni acoperiți cu IgA decât participanții mai puțin industrializați. Cu toate acestea, interacțiunile IgA-bacterii au arătat similitudini largi între populații.
GMHI a avut o performanță slabă în societățile non-industrializate, având un scor median de zero în șase țări, deoarece markerii relevanți de sănătate microbiană erau rari sau absenți în multe probe. Aceste scoruri nu au stabilit boli în rândul participanților, care nu au raportat boli cronice.
În concluzie, industrializarea este asociată cu o restructurare semnificativă și coordonată a ecologiei intestinale umane și a fiziologiei mucoaselor gazdelor. Pierderea stabilității la nivel comunitar și nivelele mai ridicate ale biomarkerilor de stres intestinal sugerează că tranzițiile stilului de viață modern ar putea fi corelate cu activitatea imunității intestinale alterate. Rămâne neclar
