تجزیه و تحلیل ژنتیکی نشان می دهد که باکتری های روده پیوندهای باستانی را با مهاجرت انسان در سراسر قاره ها نشان می دهد

ویرایش شده توسط Swati Mestri، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

همانطور که امواج انسان ده‌ها هزار سال پیش آفریقا را ترک کردند و در نهایت کل سیاره را پر کردند، تریلیون‌ها میکروارگانیسمی که میکروبیوم روده را تشکیل می‌دهند، در سفر فتح‌کننده جهان به آنها ملحق شدند.

این باکتری‌ها، ویروس‌ها و قارچ‌ها در روده‌های ما نقش‌های اساسی در توانمندسازی بدن ما برای عملکرد صحیح دارند، از هضم مواد غذایی فیبری گرفته تا ساخت ویتامین‌ها و آموزش سیستم ایمنی بدن.

میکروبیوم به دلیل شواهدی مبنی بر اینکه سبک زندگی بر ترکیب آن تأثیر می‌گذارد، به عنوان کانونی برای مطالعه شدید ظاهر شده است، که به نوبه خود می‌تواند بر سلامت تأثیر بگذارد. افرادی که در کشورهای صنعتی زندگی می کنند، در مقایسه با افرادی که سبک زندگی غیرصنعتی دارند، تنوع میکروبیومی را از دست داده اند.

مردم کشورهای صنعتی از بیماری‌های خودایمنی، دیابت نوع 2، چاقی و سایر بیماری‌های مزمن رنج می‌برند که در میان گروه‌های غیرصنعتی نادر است، و این سوال مهم اما هنوز حل نشده را مطرح می‌کند که آیا از دست دادن میکروبیوم به این بیماری‌ها کمک می‌کند یا خیر.

مطالعه جدیدی که توسط محققان دانشگاه استنفورد انجام شده و قرار است در 7 اکتبر در Nature منتشر شود، تلاش کرده است به این سوال پاسخ دهد که آیا انسان خردمند میزبان یک میکروبیوم مشخص و متنوع به هزاران سال قبل بوده است یا خیر.

به دست آوردن بینشی که در صورت وجود، ساکنین بلندمدت میکروبیوم با انسان‌ها تکامل یافته‌اند، می‌تواند به راه‌هایی برای بررسی چگونگی تأثیر از دست دادن تنوع میکروبی از طریق صنعتی‌سازی بر زیست‌شناسی انسان اشاره کند.

برای مطالعه خود، محققان اولین مقایسه عمیق میکروبیوم‌های هادزا در تانزانیا - یکی از معدود گروه‌های شکارچی-گردآورنده جهان - و Tsimane، بومی‌های بومی جوینده باغبانی ساکن آمازون بولیوی را انجام دادند که سبک زندگی آنها در معرض صنعتی شدن نسبتا محدودی داشته است.

اگرچه جمعیت‌های انسانی اجدادی که باعث پیدایش این دو گروه شدند، ده‌ها هزار سال پیش از نظر جغرافیایی از هم جدا شدند، اما هادزا و تسیمانه بیش از 1200 گونه باکتریایی دارند که نزدیک به 90 درصد آن‌ها در میکروبیوم‌های بسیار متنوع Tsimane شناسایی شده‌اند. بیشتر این گونه ها - حدود 60٪ - در میکروبیوم های جمعیت های صنعتی نادر هستند یا به طور کامل وجود ندارند.

محققان با استفاده از چندین تکنیک تکمیلی تجزیه و تحلیل ژنتیک جمعیت، زمان جدا شدن سویه های میکروبی را تخمین زدند. برای بسیاری از گونه ها، این تخمین ها با چارچوب زمانی مهاجرت های عمده انسان ماقبل تاریخ به خارج از آفریقا و به قاره آمریکا مطابقت دارد. نتیجه نهایی: بسیاری از دودمان های میکروبی در این جمعیت های معاصر ریشه های تکاملی عمیقی دارند که از مهاجرت های انسان باستان بازمی گردد.

جاستین سوننبورگ، دکترای میکروبیولوژی و ایمونولوژی، الکس و سوزی آلگارد و پروفسور نویسندگان این مطالعه گفت: "مطالعه ما نشان می دهد که صدها گونه باکتری که در میکروبیوم های صنعتی نادر هستند یا ناپدید شده اند، همراهان باستانی ما در حین مهاجرت به سرتاسر جهان بوده اند و احتمالا برای هزاران سال از نسلی به نسل دیگر منتقل شده اند." این ارتباط بلندمدت پیامدهایی بر این موضوع دارد که چگونه چنین از دست دادن تنوع زیستی اخیر در میکروبیوم ما ممکن است بر زیست شناسی و در نتیجه سلامت ما تأثیر بگذارد.

برای این مطالعه، محققان از توالی‌یابی متاژنومی عمیق استفاده کردند، روشی که میکروب‌های موجود در یک نمونه را با خواندن تمام حروف نشان‌دهنده بلوک‌های سازنده DNA در آن نمونه مشخص می‌کند. میلیون‌ها توالی کوچک DNA تولید می‌شوند، با حروف روی هم تداخل دارند که نشان می‌دهند کجا توالی‌های کوچک با توالی‌های طولانی‌تر مطابقت دارند. سپس آن توالی های طولانی با پایگاه های داده ژنوم های میکروبی برای شناسایی ارگانیسم های شناسایی شده مقایسه می شوند.

تیم پروژه تاریخچه سلامت و زندگی Tsimane، که اعضای آن در این مطالعه مشارکت دارند، نمونه‌های مدفوع را به طور داوطلبانه از Tsimane دریافت کرده بودند. سوننبورگ و همکارانش قبلا توالی‌یابی متاژنومی را روی نمونه‌های هادزا تکمیل کردند - که در یک مطالعه سلولی در سال 2023 گزارش شد - که در میان سایر یافته‌ها نشان می‌دهد که افراد هادزا به طور متوسط ​​حدود 750 گونه در میکروبیوم خود دارند، در حالی که افراد کالیفرنیایی متوسط ​​فقط 250 گونه دارند.

برای مطالعه جدید، محققان دانشگاه استنفورد اولین توالی‌یابی عمیق نمونه‌های Tsimane را انجام دادند که قبلا در مطالعه Nature Communications 2020 تنها با وضوح پایین توالی‌یابی شده بودند.

تلاش‌های توالی‌یابی، محققان را قادر ساخت تا سرشماری جامعی از میکروب‌ها در میکروبیوم‌های مربوطه، از جمله گونه‌هایی که به سختی دستگیر می‌شوند و با فراوانی کم، ایجاد کنند. به طور کلی، افراد نمونه Tsimane میزبان حدود 1400 گونه مختلف بودند. بر اساس تجزیه و تحلیل جدید، آنها در مجموع 1231 از این گونه ها (حدود 90٪) را با هادزا به اشتراک گذاشتند.

سوننبورگ گفت: «ما واقعا از دیدن اینکه اکثریت قریب به اتفاق گونه‌های موجود در میکروبیوم Tsimane با میکروبیوم هادزا مطابقت دارند شگفت زده شدیم.

بخشی از این شگفتی ناشی از رژیم غذایی متفاوت این دو گروه است. هادزا پستاندارانی از جمله ایمپالا و جوجه تیغی را همراه با پرندگان و ماهی ها و علوفه برای میوه ها و سبزیجات از جمله غده ها و توت ها شکار می کند. Tsimane در عوض بیشتر غذای خود را پرورش می‌دهد و سطوح بالایی از فیبر را از طریق چنار، برنج، ریشه مانیوک و ذرت، همراه با گوشت بدون چربی ماهی، پکی و سایر حیوانات جنگلی مصرف می‌کند.

علاوه بر این، این دو گروه ده ها هزار سال است که از هم جدا شده اند. با وجود این جدایی جغرافیایی و سبک زندگی، دو میکروبیوم سطح بالایی از همپوشانی را در سطح گونه نشان دادند.

بنجامین گود، یکی از نویسندگان ارشد این مطالعه و استادیار فیزیک کاربردی که متخصص در بررسی دینامیک میکروژن تکاملی پویایی زیستی انسان و جمعیت زیستی انسان است، گفت: «این ما را به تعجب واداشت که آیا واقعا مجموعه‌ای از باکتری‌ها و گونه‌های دیگر وجود دارد که با اجداد Tsimane هنگام مهاجرت به سراسر جهان سفر کرده‌اند.

"آیا این حشرات از مدت ها قبل از جدا شدن اجداد هادزا و تسیمانه امروزی از نظر جغرافیایی می توانستند در تعامل مداوم با ما بوده باشند؟" سوننبورگ پرسید. برای پاسخ به این سوال، ما به تیم بن مراجعه کردیم و چیزی که آنها پیدا کردند ذهن ما را متحیر کرد.

باز کردن تاریخچه تکاملی یک میکروبیوم به طور کلی، پیچیدگی‌های ناشی از سرعت تکامل میکروب‌ها و تغییراتی که میکروبیوم یک فرد خاص می‌تواند از فصلی به فصل دیگر یا بر اساس سایر جنبه‌های در دسترس بودن غذا متحمل شود، دلهره‌آور است.

گروه گود به دنبال دور زدن این مسائل بود. باکتری‌ها بازسازی تکاملی را پیچیده می‌کنند زیرا نه تنها DNA را از اجداد مستقیم خود به ارث می‌برند، بلکه در فرآیندی به نام انتقال افقی ژن، DNA را با سویه‌های دیگر مبادله می‌کنند.

بنابراین محققان به دنبال چندین امضای ژنومی مستقل برای تشخیص اصل و نسب مشترک عمیق از تبادل میکروبی جدیدتر بودند. بررسی نرخ جهش در DNA عمودی به ارث رسیده همچنین به تخمین زمانی که گونه‌ها از یک اجداد مشترک جدا می‌شوند کمک کرد، زیرا جهش‌ها با سرعت ثابتی مانند تیک ساعت جمع می‌شوند.

آن تجزیه و تحلیل کاملا نشان داد که بسیاری از گونه‌های باکتریایی مشترک بین میکروبیوم‌های گروه‌های غیرصنعتی دارای تاریخچه‌های تکاملی هستند که به هزاران سال قبل بازمی‌گردند. این تجزیه و تحلیل های دقیق از جداسازی ژنتیکی سویه ها تخمین های زمانی منطبق با مهاجرت های اصلی انسان را تولید کرد.

گود گفت: "ما شواهدی می بینیم که نشان می دهد این باکتری ها در اجداد Tsimane و Hadza و بنابراین احتمالا اجداد همه ما وجود داشته اند."

محققان گفتند که یافته‌ها یک فرضیه مهم را برجسته می‌کند: اگر انسان‌ها با بسیاری از این موجودات برای ده‌ها هزار سال تعامل داشته‌اند، چه اتفاقی می‌افتد وقتی صنعتی‌سازی بخش بزرگی از آنها را تنها در چند نسل از بین می‌برد؟ کار قبلی در این زمینه تغییرات در میکروبیوم ها را به بسیاری از بیماری ها مرتبط می کند.

تغییرات چشمگیر در جمعیت میکروبی ساکن ما - که به قرار گرفتن در معرض آنتی بیوتیک نسبت داده می شود. رژیم غذایی کم فیبر، پرچرب و قند بالا از غذاهای فرآوری شده؛ شرایط زندگی بسیار بهداشتی؛ و عوامل دیگر - ممکن است با زیست شناسی کدگذاری شده در ژنوم انسان ناسازگار باشد. پیامدهای بیولوژیکی این از دست دادن تنوع زیستی اخیر یک هدف مهم برای مطالعات آینده است.

محققان دانشگاه استنفورد قصد دارند به بررسی تاریخچه میکروبیوم ما و ارتباط آن با سلامتی و تندرستی ادامه دهند.

سوننبورگ می‌گوید: «اگر این میکروب‌های میزبانی شده توسط هادزا و تسیمانه واقعا بخشی از زیست‌شناسی تکاملی ما هستند، پس آن‌هایی از ما در کشورهای صنعتی بخش عظیمی از آنچه ژنوم انسانی ما به طور بالقوه در یک دوره زمانی وسیع با آن سازگار شده است را از دست داده‌ایم.» "ما علاقه مندیم که این روابط طولانی مدت بین انسان و میکروب های روده خود را به طور کامل کاوش کنیم."

جاستین سوننبرگ، مهاجرت جهانی ماقبل تاریخ میکروب های روده انسان در حال محو شدن، طبیعت (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-11106-1. www.nature.com/articles/s41586-026-11106-1

اطلاعات مجله: Nature Communications , Cell , Nature

ارائه شده توسط مرکز پزشکی دانشگاه استنفورد

سواتی مستری دارای مدرک لیسانس در مهندسی الکترونیک است و از سال 2019 به عنوان ویرایشگر محتوا کار کرده است. او ویرایش اسناد تحقیقاتی در زمینه فناوری، مراقبت های بهداشتی و علم مواد را تجربه کرده است و علاقه خاصی به فناوری و فضا دارد. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →