Το έντερό μας φιλοξενεί τρισεκατομμύρια μικροοργανισμούς που συμμετέχουν στην πέψη, στον μεταβολισμό και στη λειτουργία του ανοσοποιητικού συστήματος. Το μικροβίωμα, όμως, δεν είναι μια στατική κοινότητα που επηρεάζεται μόνο από τη διατροφή, τα φάρμακα ή τον τρόπο ζωής. Νέα έρευνα δείχνει ότι ορισμένοι βακτηριακοί πληθυσμοί μπορούν να εξαπλώνονται ανάμεσα στους ανθρώπους και να διανύουν εντυπωσιακά μεγάλες γεωγραφικές αποστάσεις.
Ερευνητές με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο της Βιέννης διαπίστωσαν επίσης ότι ένα γνωστό είδος βακτηρίου μπορεί να περιλαμβάνει πολλές, εξελικτικά διαφορετικές ομάδες. Καθεμία διαθέτει ιδιαίτερα γενετικά χαρακτηριστικά και φαίνεται να έχει προσαρμοστεί σε διαφορετικές συνθήκες μέσα στο έντερο. Τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν στο Nature, θα μπορούσαν να αλλάξουν τον τρόπο με τον οποίο μελετάμε τη σχέση του μικροβιώματος με την υγεία.
Το ίδιο είδος στο μικροβίωμα δεν σημαίνει ίδια συμπεριφορά
Οι περισσότερες μελέτες του μικροβιώματος ομαδοποιούν τα βακτήρια ανά είδος. Πρόκειται για μια χρήσιμη ταξινόμηση, η οποία όμως μπορεί να κρύβει σημαντικές διαφορές.
Ας υποθέσουμε ότι ένα βακτηριακό είδος εντοπίζεται τόσο σε υγιείς ανθρώπους όσο και σε ασθενείς. Αν το εξετάσουμε ως ενιαίο σύνολο, πιθανόν να μη διακρίνουμε κάποια σαφή σύνδεση με την ασθένεια. Μέσα στο ίδιο είδος, όμως, μπορεί να υπάρχει ένας συγκεκριμένος πληθυσμός που εμφανίζεται συχνότερα στους ασθενείς και ένας άλλος που δεν σχετίζεται με την πάθηση ή ενδέχεται να επιτελεί διαφορετική λειτουργία.
Η νέα ανάλυση έδειξε ότι πολλά κοινά βακτήρια του εντέρου χωρίζονται σε τέτοιες διακριτές εξελικτικές «γραμμές». Ορισμένες συσχετίστηκαν με τη μεγαλύτερη ηλικία, τις χρόνιες φλεγμονώδεις νόσους του εντέρου, τον καρκίνο του παχέος εντέρου και τον διαβήτη τύπου 2. Οι συσχετίσεις αυτές δεν αποδεικνύουν ότι τα συγκεκριμένα βακτήρια προκαλούν τις παθήσεις. Η ασθένεια μπορεί επίσης να μεταβάλλει το περιβάλλον του εντέρου, ευνοώντας την ανάπτυξη ορισμένων μικροβιακών πληθυσμών.
Πώς εντοπίστηκαν οι κρυμμένοι πληθυσμοί στο μικροβίωμα
Η ερευνητική ομάδα ανέλυσε το γενετικό υλικό χιλιάδων βακτηριακών στελεχών από το ανθρώπινο έντερο, καθώς και μεταγονιδιωματικά δεδομένα από ανθρώπους διαφορετικών ηλικιών, χωρών και με διαφορετικά προβλήματα υγείας. Τα μεταγονιδιωματικά δεδομένα περιλαμβάνουν το γενετικό υλικό ολόκληρης της μικροβιακής κοινότητας που υπάρχει σε ένα δείγμα.
Οι επιστήμονες εφάρμοσαν μια προσέγγιση που ονομάζεται «αντίστροφη οικολογία» (reverse ecology). Αντί να ξεκινούν από το περιβάλλον και να παρατηρούν πώς ζουν μέσα σε αυτό οι μικροοργανισμοί, εξετάζουν το γονιδίωμά τους για να συμπεράνουν σε ποιες συνθήκες έχουν προσαρμοστεί.
Αναζήτησαν, μεταξύ άλλων, γενετικά ίχνη από περιόδους κατά τις οποίες μια ευνοϊκή γενετική αλλαγή έδωσε πλεονέκτημα σε ένα βακτήριο. Οι απόγονοί του αυξήθηκαν και σταδιακά επικράτησαν στον πληθυσμό, περιορίζοντας τη γενετική ποικιλομορφία του. Αυτή η διαδικασία βοήθησε τους ερευνητές να αναγνωρίσουν ομάδες με κοινή καταγωγή και παρόμοια προσαρμογή.
Από άνθρωπο σε άνθρωπο και από ήπειρο σε ήπειρο
Η σύγκριση των γονιδιωμάτων αποκάλυψε ότι ορισμένοι ιδιαίτερα ανταγωνιστικοί πληθυσμοί εξαπλώθηκαν σε μεγάλες γεωγραφικές περιοχές, σε ορισμένες περιπτώσεις μέσα σε λίγες δεκαετίες. Η ταχύτητα και η έκταση αυτής της εξάπλωσης θυμίζουν τα πρότυπα διασποράς που έχουν παρατηρηθεί σε παθογόνους μικροοργανισμούς, χωρίς αυτό να σημαίνει ότι οι συγκεκριμένοι πληθυσμοί είναι παθογόνοι.
Τα συμπεράσματα προέκυψαν από γενετικά μοτίβα εξάπλωσης και όχι από την άμεση παρακολούθηση συγκεκριμένων μεταδόσεων. Οι ακριβείς διαδρομές, όπως η στενή συμβίωση, η κοινή διατροφή ή άλλοι περιβαλλοντικοί παράγοντες, χρήζουν περαιτέρω διερεύνησης.
Προς ένα ακριβέστερο «αποτύπωμα» του μικροβιώματος
Η ταξινόμηση των βακτηρίων σε συγκεκριμένες εξελικτικές γραμμές μπορεί να βελτιώσει την αναζήτηση βιοδεικτών για διαφορετικές παθήσεις. Αντί να χαρακτηρίζεται ένα ολόκληρο είδος ως «ωφέλιμο» ή «επιβλαβές», οι επιστήμονες θα μπορούν να εξετάζουν ποια ακριβώς γραμμή είναι παρούσα και ποιες λειτουργίες επιτελεί.
Μελλοντικά, αυτή η ακρίβεια θα μπορούσε να οδηγήσει σε παρεμβάσεις που ενισχύουν συγκεκριμένους ωφέλιμους πληθυσμούς ή περιορίζουν εκείνους που σχετίζονται με δυσμενείς επιδράσεις. Προς το παρόν, η μελέτη προσφέρει κυρίως έναν λεπτομερέστερο χάρτη ενός οικοσυστήματος που αποδεικνύεται πολύ πιο σύνθετο και δυναμικό.