Bakterie jelitowe kontra żywność ultraprzetworzona

Jak wynika z badań opublikowanych na łamach „Nature”, mikroorganizmy jelitowe ewoluują inaczej w uprzemysłowionych i nieprzemysłowych częściach świata. W tych pierwszych szybko ewoluowały, aby móc trawić skrobię z żywności ultraprzetworzonej. Jako że skrobia o nietypowych właściwościach jest produkowana przemysłowo i istnieje dopiero od kilku dekad, naukowcy uważają, że dobór naturalny musiał działać silnie, aby nowe geny tak szybko zyskały dominujące znaczenie.

Szybka ewolucja możliwa dzięki poziomemu transferowi genów

Badacze przeanalizowali genomy prawie trzydziestu gatunków bakterii jelitowych, wykorzystując dane z całego świata. Jak się okazało, tak szybka ewolucja była możliwa dzięki procesowi zwanemu poziomym transferem genów, w którym bakterie przenoszą DNA z jednego szczepu do drugiego. Poziomy transfer genów został wcześniej zidentyfikowany jako mechanizm, który pozwala bakteriom szybko rozwinąć oporność na antybiotyki, ale powszechność tego procesu w mikrobiomie jelitowym była do tej pory mało znana.

– Odkrycie, że zdolność trawienia nowych skrobi jest celem doboru naturalnego u bakterii jelitowych, jest interesujące, ale znaleźliśmy jeszcze silniejszy sygnał, że istnieją różne cele doboru dotyczące wielu genów i wielu gatunków w populacjach uprzemysłowionych i nieprzemysłowych – powiedział doktorant UCLA i pierwszy autor artykułu, Richard Wolff.

Wolff i autorka korespondencyjna, profesor ekologii i biologii ewolucyjnej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles, Nandita Garud, opracowali nowatorską statystykę, która identyfikuje miejsca w DNA 30 gatunków bakterii jelitowych, w których geny osiągnęły wysoką częstotliwość występowania. Statystyka ta poszukuje niewielkich obszarów jednorodności na tle ogromnej różnorodności oddzielającej różne szczepy tego samego gatunku.

– Na przykład różne szczepy Escherichia coli różniły się od siebie w takim samym stopniu, jak ludzie od szympansów, a mimo to nazywamy je tym samym gatunkiem. Pomimo tej różnorodności u wielu żywicieli nadal występują wspólne fragmenty DNA – ukryta nić łącząca nasze mikrobiomy – powiedziała Garud.

W szczególności jeden gen był „popularny” tylko w populacjach uprzemysłowionych. Chodzi o gen związany ze zdolnością do trawienia maltodekstryny, która jest wytwarzana ze skrobi kukurydzianej i jest stosowana w żywności przetworzonej od lat 60. XX wieku.

Sygnał adaptacyjny genu związanego ze zdolnością do trawienia maltodekstryny

– Zaobserwowaliśmy sygnał adaptacyjny bardzo wyraźnie, ale nie możemy jeszcze z całą pewnością stwierdzić, czy specjalizuje się on w maltodekstrynie, czy w szerszej klasie pochodnych skrobi. Mogą istnieć etapy pośrednie, w których bakterie adaptują się do różnych źródeł skrobi. Istnieje wiele etapów między dietą bogatą w maniok i owoce drzewa chlebowego a dietą bogatą w Hot Cheetosy lub coś podobnego – powiedział Wolff.

Bakterie mogą pobierać DNA ze swojego otoczenia na wiele różnych sposobów: mogą je zjadać; mogą zostać zainfekowane wirusem, który przenosi DNA między nimi; i może być ono przenoszone, gdy bakterie łączą się i tworzą rodzaj pomostu, który pozwala im wymieniać się DNA.

– Każda osoba może mieć kilka różnych szczepów E. coli – wskazała Garud. Jeśli fragmenty DNA są przekazywane horyzontalnie pomiędzy różnymi szczepami u różnych żywicieli, a te szczepy pozornie są wierne swoim żywicielom, to gdzie się rekombinują? Jak przemieszczają się między osobnikami, aby utrwalić się w całej populacji? Powinny to wyjaśnić dalsze badania.

Przeczytaj także: „Wysokoprzetworzona żywność to katastrofa dla mikrobiomu”.