Evoluția microbiotei intestinale a mamiferelor și consecințele sale asupra sănătății umane
Mathieu Groussin 1, 2 b și Florent Mazel 3 a
1 Centru pentru informatică și terapeutică microbiomă, institutul de tehnologie din Massachusetts, Cambridge, Massachusetts 02139, SUA
2 Departamentul de inginerie biologică, institutul de tehnologie din Massachusetts, Cambridge, Massachusetts 02139, SUA
3 Departamentul de botanică și centru de cercetare a biodiversității, Universitatea British Columbia, Vancouver, BC V6T 1Z4, Canada
Autorii au contribuit, de asemenea, la scrierea nuvelei.
Fenotipul unui organism multicelular este în general considerat a fi produsul expresiei genomului său și a interacțiunii sale cu mediul. Dezvăluind extinderea extraordinară a diversității bacteriene și arhene care trăiește pe și în interiorul organismelor multicelulare, progresele tehnologice recente în secvențierea ADN-ului au provocat această viziune simplistă. Este din ce în ce mai evident că aceste comunități de microorganisme, numite microbiote 1, influențează profund fenotipurile gazdei care le poartă și viceversa: gazdele și microbiota se spune că sunt extrem de interdependente [1, 2]. Intestinele animalelor reprezintă condiții de viață favorabile creșterii microorganismelor pe care le adăpostesc: există într-adevăr hrană din abundență (hrana este digerată) și un conținut foarte scăzut de oxigen (o otravă pentru aceste animale. Microorganisme care sunt în mare parte strict anaerob). La rândul lor, aceste comunități fac posibilă compensarea deficitelor enzimatice ale gazdei prin digestia unei părți a alimentelor, ceea ce permite o mai bună extracție a energiei conținute în moleculele alimentare complexe [3] (→).
(→) Vezi Știrile lui A. El Kaoutari și colab., Domnișoară nr. 3, martie 2014, pagina 259
Multe boli, în special autoimune, sunt asociate cu dezechilibre în ecosistemul microbian intestinal și au fost dezvoltate soluții terapeutice bazate pe refacerea biodiversității intestinale [2] (→).
(→) A se vedea și problema tematică Microbiota: această necunoscută care se află în noi, m/s nr. 11, noiembrie 2016
Definiția clasică a unui „organism biologic” ca entitate independentă a fost astfel pusă sub semnul întrebării [4]. Conform noii viziuni, un organism este un set de entități interdependente care operează în rețele, făcând astfel posibilă includerea în definiția unui organism multicelular, a tuturor microbiotelor care sunt în interacțiune funcțională constantă cu acesta. Cu toate acestea, spre deosebire de genomul care se transmite vertical și aproape fidel de la mamă la copil, corpul trebuie să dobândească de novo, în fiecare generație, toate bacteriile care își formează microbiota, din mediul său, care în sine pot influența compoziția microbiotei de-a lungul vieții sale.
În lucrarea noastră recentă [6], am arătat că atât dieta cât și filogenia gazdei influențează foarte puternic compoziția microbiană a intestinului, dar la niveluri taxonomice bacteriene foarte diferite. (Figura 1A și B). Specii de mamifere care s-au adaptat convergent 4 la aceeași dietă, de exemplu erbivore (cum ar fi cangur și căprioară), au dobândit bacterii identice în intestinul lor aparținând unor categorii taxonomice largi. Intestinele erbivorelor sunt de fapt îmbogățite cu bacterii din Ruminococcaceae și Lachnospiraceae care produc enzime necesare pentru descompunerea zaharurilor complexe din plante (cum ar fi celuloza). Deoarece aceste enzime nu sunt codificate de genomul gazdei, aceste bacterii joacă deci un rol fundamental în asimilarea de către gazdă a acestor molecule de energie. Carnivorele, la rândul lor, au o microbiotă intestinală îmbogățită cu anumite familii de bacterii (cum ar fi Lactobacillus) implicate în degradarea aminoacizilor, în concentrații mari în dieta lor.
Deși împărtășesc familii numeroase de bacterii, speciile cu aceeași dietă nu adăpostesc aceleași bacterii. La un nivel taxonomic mai precis, distribuția bacteriilor între intestinele de mamifere nu mai este explicată de diferențele de dietă, dar pare să reflecte poziția filogenetică a speciei [6] (Figura 1A și B). Două specii strâns legate în arborele filogenetic al mamiferelor vor avea, prin urmare, tendința de a împărtăși mai multe specii sau tulpini bacteriene, pe o dietă constantă. De exemplu, cangurul și rumegătoarele sunt îndepărtate filogenetic, dar ambele adăpostesc specii de bacterii din familie Ruminococcaceae. Cu toate acestea, rumegătoarele împărtășesc specii bacteriene strâns legate, care sunt total diferite de cele prezente în cangur. Această distribuție specială a bacteriilor intestinale, care reflectă filogenia gazdei, a fost uneori numită „filosimbioză” [7].