В исследовании, опубликованном в журнале Nature, группа ученых раскрыла новые подробности о длительной связи между человеком и бактериями нашего желудка.
С момента своего открытия в 1983 году Helicobacter pylori стала печально известной как причина около миллиона случаев рака желудка в год, а также других опасных для жизни желудочных заболеваний. Бактерия также, вероятно, вызывала множество болей в желудке в нашей доисторической эпохе, поскольку, согласно предыдущим исследованиям, она колонизировала желудок человека более 100 000 лет.
В этом исследовании ученые использовали беспрецедентную коллекцию из почти 7000 геномов Helicobacter со всего мира, чтобы исследовать распространение бактерий. Они неожиданно обнаружили весьма отличительный вариант Helicobacter, который они назвали эковидом Hardy, который возник сотни тысяч лет назад и распространился по всему миру вместе с нами.
Исследователи предположили, что эковид специализирован для жизни в желудках людей, чей рацион в основном состоит из мяса или рыбы, т. е. плотоядных животных. Таким образом, генетическая изменчивость , обнаруженная в бактериях в наших желудках сегодня, может дать нам информацию о том, что ели наши предки.
«Заболевания, вызванные бактерией Helicobacter, непропорционально сильно поражают бедные сообщества. Мы приложили значительные усилия для сбора бактерий со всего мира, привлекая врачей и исследователей из более чем 20 стран. Эта беспрецедентная коллекция геномов позволит нам разрабатывать вмешательства и методы лечения, подходящие для любого контекста», — сказал соавтор исследования профессор Ёсио Ямаока. «Наша разнообразная глобальная выборка позволила нам лучше понять историю Helicobacter у людей, что подтвердило предыдущие выводы о том, что эти бактерии уже были пассажирами в наших желудках, когда мы покинули Африку более 50 000 лет назад. Однако мы также выявили нечто удивительное в виде нового эковида Helicobacter, который мы назвали Hardy. Он отличается от распространенного типа, который мы назвали Ubiquitous, более чем 100 генами».
«Эковиды Харди оказались исключительно информативными в отношении того, что бактериям необходимо делать для выживания в нашем желудке, а также, что более важно, в отношении того, как поддерживается разнообразие бактерий», — сказала соавтор исследования Элиз Туретт.
Большинство людей, живущих сегодня, являются всеядными или вегетарианцами, что означает, что значительная часть нашего рациона состоит из растительной пищи. Однако в некоторых частях мира растительная пища исторически была недоступна большую часть года, и люди в основном полагались на рыбу или мясо для пропитания.
До сих пор эковид Hardy был выявлен только у людей из этих коренных популяций в таких местах, как Сибирь и Северная Канада. Он также был обнаружен у тигров и гепардов в зоопарках из-за древнего перехода к хозяину и имеет ключевые генетические различия, которые могли бы адаптировать его к условиям, имеющимся в желудке плотоядного животного. Эта связь особенно интригует, поскольку, как отмечают ученые, новый анализ также подразумевает, что оба эковида сопровождали людей с момента возникновения нашего вида в Африке более 200 000 лет назад.
«Если этот вид действительно адаптирован к плотоядным животным, то это означает, что люди, расселявшиеся по всему миру, часто не употребляли в пищу много растительной пищи, даже когда она была им доступна», — пояснил соавтор исследования профессор Дэниел Фалуш.
Одно важное генетическое различие между штаммами Hardy и Ubiquitous заключается в генах, называемых уреазами. Желудок является негостеприимной средой почти для всех организмов из-за его высокой кислотности.
У Helicobacter есть две основные стратегии, чтобы избежать растворения вместе с пищей, которую мы едим. Первая — проникнуть в слизь, выстилающую желудок, где она менее кислая, чем в центре желудка. Вторая — вырабатывать уреазу. Уреаза нейтрализует кислотность в непосредственной близости от бактерии. Вездесущий Helicobacter pylori вырабатывает белок уреазу, который включает в себя атомы никеля.
Большинство выносливых Helicobacter, включая тех, что были из коренных популяций, а также тигров и гепардов, кодировали вторую уреазу, которая включала атомы железа вместо никеля. Считалось, что эта альтернативная уреаза помогала Helicobacter выживать в желудках плотоядных, которые были более кислыми, чем у всеядных, и также могли иметь более высокую доступность атомов железа и более низкую доступность никеля.
В поддержку этой гипотезы следует отметить, что другие виды Helicobacter от плотоядных млекопитающих, таких как дельфины, кошки и хорьки, имели эту вторую уреазу, тогда как Helicobacter, выделенные от всеядных видов, таких как свиньи и макаки, ее не имели.
«Helicobacter pylori может жить в наших желудках десятилетиями, постоянно сражаясь с иммунной системой человека, что может привести к желудочным заболеваниям. Что меня особенно завораживает, так это то, что помимо различий в генах, участвующих в усвоении питательных веществ, эковид Hardy отличается от обычного вездесущего Helicobacter большой долей генов, которые он использует для взаимодействия с клетками желудка и клетками иммунной системы», - добавила профессор Кайса Торелл. «Похоже, что у бактерий совершенно иная стратегия взаимодействия с хозяином. Выяснение этой стратегии может дать массу новых знаний о развитии желудочных заболеваний, включая часто смертельный рак желудка».
Проанализировав около 7000 геномов Helicobacter pylori со всего мира, Турретт и его команда пришли к выводу, что первые современные люди были инфицированы двумя различными типами бактерии: Hardy и Ubiquitous. Оба эковида распространились из Африки во время ранних миграций людей, добравшись до Южной Америки.
Эковид Ubiquitous был обнаружен во всех человеческих популяциях, отобранных на сегодняшний день, но эковид Hardy был отобран только у небольшого числа коренных популяций, что подразумевает, что он мог вымереть во многих местах на своем пути миграции. Однако одна африканская линия штаммов Hardy совершила прыжок хозяина к большим кошкам и была изолирована от гепардов, львов и тигров в зоопарках.
Понимание того, почему эковиды могут сосуществовать в одних популяциях, но не в других, обещает пролить свет на нашу предысторию и на существенное бремя желудочных заболеваний, от которых мы страдаем и сегодня.
