Microbiomas intestinales antiguos pistas enfermedades modernas

Durante los últimos años, los científicos han generado conocimientos intrigantes que sugieren que las variaciones en los microbiomas intestinales, las colecciones de bacterias y otros microbios en nuestro sistema digestivo, pueden desempeñar papeles dañinos que precipiten el desarrollo de diabetes y otras enfermedades.

Ahora, investigadores de la Home | Harvard Medical School y el Joslin Diabetes Center – World Leader in Diabetes Care & Research  han encontrado diferencias dramáticas entre los microbiomas intestinales de los antiguos pueblos de América del Norte y los microbiomas modernos, lo que ofrece más pistas sobre cómo estos microbios pueden haber evolucionado con los cambios en las dietas.

Para el estudio, los científicos analizaron el ADN microbiano encontrado en paleofeces humanos indígenas (excrementos desecados) de cuevas inusualmente secas en Utah y el norte de México.

Se cree que el trabajo, publicado  el 12 de mayo en Nature , representa el análisis genómico más profundo de microbiomas intestinales humanos antiguos hasta la fecha y el primero en revelar especies microbianas nunca antes identificadas de los especímenes, dijo el autor principal del estudio, Aleksandar Kostic . profesor asistente de microbiología en la Escuela de Medicina de Harvard e investigador asistente en Joslin Diabetes Center.

El papel de las bacterias intestinales en la enfermedad y la salud ha sido el foco de los esfuerzos continuos de Kostic. En estudios previos de niños en Finlandia y Rusia, Kostic y sus colegas demostraron que los niños de las regiones industrializadas, que tenían muchas más probabilidades de desarrollar diabetes tipo 1 que los de las zonas no industrializadas, también tenían microbiomas intestinales muy diferentes.

Microbiomas intestinales antiguos pistas enfermedades modernas

“Pudimos identificar microbios específicos y productos microbianos que creemos que obstaculizaron una educación inmunológica adecuada en los primeros años de vida”, dijo Kostic. «Y esto conduce más adelante a una mayor incidencia no solo de diabetes tipo 1, sino de otras enfermedades autoinmunes y alérgicas».

Se sospecha que la pérdida de diversidad microbiana intestinal en las poblaciones industriales juega un papel en el desarrollo de enfermedades crónicas, lo que subraya la importancia de estudiar nuestro microbioma intestinal ancestral, dijo Kostic. Sin embargo, se sabe relativamente poco sobre la composición del microbioma intestinal preindustrial.

Entonces, ¿cómo sería un microbioma humano sano antes de los efectos de la industrialización?

«Estoy convencido de que no se puede responder a esa pregunta con ninguna gente de la vida moderna», dice Kostic.

Perspectivas del intestino antiguo

Steven LeBlanc, un arqueólogo que anteriormente trabajaba en el Museo Peabody de Arqueología y Etnología de Harvard, llegó a Kostic con una posible solución: ADN microbiano encontrado en muestras de paleofeces humanas que los museos han recolectado de ambientes áridos en el suroeste de América del Norte.

Kostic y la estudiante graduada Marsha Wibowo asumieron el desafío y finalmente compararon el ADN de ocho muestras de intestino antiguo excepcionalmente bien conservadas de cuevas secas, algunas fechadas en el siglo I, con ADN de 789 muestras modernas.

Un poco más de la mitad de las muestras modernas eran de personas que se sabía que tenían dietas «occidentales» industrializadas y el resto de personas que consumían alimentos no industrializados cultivados principalmente dentro de sus propias comunidades.

Las diferencias entre las poblaciones de microbiomas fueron sorprendentes.

Por ejemplo, una bacteria conocida como Treponema succinifaciens «no está en un solo microbioma occidental que analizamos, pero está en cada uno de los ocho microbiomas antiguos», dijo Kostic.

Los microbiomas antiguos coincidían más estrechamente con los microbiomas modernos de individuos que consumían dietas no industrializadas.

Sorprendentemente, Wibowo descubrió que casi el 40 por ciento de las antiguas especies microbianas no se habían visto antes. ¿Qué podría explicar esta alta variabilidad genética? Una posible explicación, plantean los investigadores, podría ser la dieta.

“En las culturas antiguas, los alimentos que consumía la gente eran muy diversos y podían apoyar el crecimiento y la presencia de una colección más ecléctica de microbios”, dijo Kostic. «Pero a medida que la gente avanza hacia la industrialización y la dieta de una tienda de abarrotes, se pierden muchos nutrientes que ayudan a mantener un microbioma más diverso».

Los microbiomas antiguos también tenían números relativamente más altos que los microbiomas industriales modernos de transposasas, elementos transponibles de secuencias de ADN que pueden cambiar de ubicación en el genoma.

“Creemos que esta podría ser una estrategia utilizada por los microbios para adaptarse en un entorno que cambia mucho más que el microbioma industrializado moderno, donde comemos las mismas cosas y vivimos la misma vida más o menos durante todo el año”, dijo Kostic. «Por el contrario, en un entorno marcado por el cambio, los microbios podrían usar esta colección mucho mayor de transposasas para agarrar y recolectar genes que podrían ayudarlos a adaptarse a los diferentes entornos».

Además, las antiguas poblaciones microbianas incorporaron menos genes relacionados con la resistencia a los antibióticos. Las muestras antiguas también tenían un menor número de genes que producen proteínas que degradan la capa mucosa protectora del intestino, un proceso que puede provocar inflamación que se ha relacionado con diversas enfermedades.

Preguntas sin resolver iluminadas

Los hallazgos arrojan luz sobre una pregunta científica sin resolver: ¿las poblaciones de microbios intestinales humanos se transmiten verticalmente de generación en generación o evolucionan principalmente en respuesta al medio ambiente?

Al observar el linaje de la bacteria común Methanobrevibacter smithii en las muestras antiguas, los investigadores encontraron que la evolución del organismo era consistente con una cepa ancestral compartida que data aproximadamente de cuando los humanos migraron por primera vez a través del Estrecho de Bering hacia América del Norte.

«Estos microbios, al igual que nuestros propios genomas, parecen haber viajado con nosotros», dijo Kostic.

El proyecto de investigación comenzó con la necesidad de identificar muestras de paleofeces humanas no contaminadas que se conservaron en inusualmente buenas condiciones.

«Cuando reconstruimos estos genomas, tratamos de ser muy conservadores», dijo Wibowo. Para validar la edad y el origen de las muestras, los científicos utilizaron un método común conocido como datación por carbono-14, junto con análisis dietéticos y otros métodos para garantizar que las muestras antiguas fueran, de hecho, humanas y no contaminadas por el suelo u otros animales. , ella dijo. Los investigadores también confirmaron que las muestras elegidas mostraban los patrones de descomposición que se sabe que exhibe todo el ADN a lo largo del tiempo.

El equipo realizó una secuenciación de ADN mucho más profunda de lo que se había logrado en esfuerzos anteriores, al menos 100 millones de lecturas, con 400 millones de lecturas de ADN para una muestra.

Una colaboradora, la antropóloga Meradeth Snow de la Universidad de Montana en Missoula, dirigió una iniciativa para obtener perspectivas sobre el trabajo de las comunidades indígenas nativas americanas en la región suroeste.

“Reconocemos y apreciamos a aquellos individuos cuya genética y microbios fueron analizados para esta investigación, así como a los individuos actuales con herencia genética o cultural asociada”, enfatizaron los autores del estudio.

Los investigadores planean expandir sus estudios a muchos otros especímenes de microbiomas antiguos, con el objetivo de detectar nuevas especies microbianas y tratar de predecir sus funciones metabólicas. A Kostic le intriga la posibilidad de resucitar estos microbios antiguos en el laboratorio insertando genomas antiguos en las especies bacterianas vivas más cercanas.

«Si podemos cultivarlos en el laboratorio, podemos comprender la fisiología de estos microbios mucho, mucho mejor», dijo.

LeBlanc ayudó a los investigadores de Joslin a reunir colaboradores, eventualmente reclutados de una docena de instituciones. Entre las contribuciones clave, Snow dirigió la extracción y preparación del ADN antiguo y Christina Warinner, profesora asistente de antropología en Harvard, ofreció su experiencia en el microbioma humano antiguo.

“Ha sido increíble aprender de todos estos brillantes colaboradores”, dijo Wibowo. «Realmente se necesita un pueblo».

El trabajo fue financiado por la Asociación Estadounidense de Diabetes, la Fundación de la Familia Smith y la Asociación Estadounidense del Corazón.