Oamenii urbani și-au pierdut o mare parte din capacitatea lor de a digera plantele

Timpul de hrănire –

Populațiile rurale au încă o mulțime de bacterii intestinale care descompun celuloza.

Celuloza este componenta principală a pereților celulari ai plantelor, ceea ce o face cel mai comun polimer de pe Pământ. Este responsabil pentru proprietățile materialelor precum lemnul și bumbacul și este componenta principală a fibrelor alimentare, așa că este greu de exagerat importanța acesteia pentru umanitate.

Având în vedere ubicuitatea sa și faptul că este compus dintr-o grămadă de molecule de zahăr legate între ele, duritatea sa îl face foarte dificil de utilizat ca sursă de hrană. Animalele care reușesc să extragă calorii semnificative din celuloză o fac de obicei prin intermediul tractului digestiv specializat, care oferă o casă pentru bacteriile simbiotice – gândiți-vă la stomacurile suplimentare ale vacilor și altor rumegătoare.

În mod uimitor, oamenii găzduiesc și bacterii care pot descompune celuloza – ceva care nu a fost confirmat până în 2003 (mult după ce mi-am încheiat educația). Acum, un nou studiu indică faptul că găzduim un amestec de bacterii care mănâncă celuloză, unele prin strămoșii noștri primate, iar altele prin domesticirea ierbivorelor, cum ar fi vacile. Dar viața urbană a făcut ca numărul acestor bacterii să scadă dramatic.

Găsirea mâncătorilor de plante

În timp ce bacteriile care mănâncă celuloză, care fac din oameni casa lor au fost găsite încă din 2003, doar o singură specie din acest grup a fost identificată de atunci. Munca de aici, realizată printr-o mare colaborare internațională, s-a concentrat pe obținerea unei imagini mai complete a ceea ce trăiește în intestinele noastre. Pentru a face acest lucru, au obținut mostre de intestin de la oameni și rumegătoare. Acestea au fost folosite pentru a obține ADN din bacteriile care trăiesc acolo, care au fost folosite pentru secvențierea ADN-ului.

Analiza computerizată a ADN-ului a devenit suficient de bună pentru a putea lua toate secvențele obținute dintr-o populație aleatorie de specii și a asambla genomurile speciilor individuale din amestec. Acei genomi au fost apoi comparați cu cei ale bacteriilor cunoscute care digeră celuloza pentru a le identifica pe cele cu colecții similare de gene. (Digestoarele de celuloză tind să construiască schele mari de proteine ​​care permit enzimelor specializate de digestie să se agrupeze, iar cercetătorii au căutat gene cu caracteristici care permit acest tip de grupare.)

În cele din urmă, au identificat 25 de genomi de la rumegătoare și alți 22 de la oameni. O analiză evolutivă a sugerat că există patru grupuri distincte de specii care digeră celuloza la oameni.

Pentru a înțelege mai bine aceste bacterii, cercetătorii au obținut mai multe mostre de intestin uman, împreună cu cele de la alte primate, precum și câteva mostre de caca de epocă pe care oamenii le-au lăsat în urmă cu peste 1.000 de ani în urmă – aproape 2.000 de mostre în total. Un lucru care era clar este că unele dintre aceste descendențe au o istorie lungă în strămoșii noștri. Unele dintre ele au ramuri la multe alte primate (cercetătorii au verificat macaci, babuini, gorile și cimpanzei), dar nu sunt prezente la rumegătoare.

Un alt lucru care era clar este că prevalența lor se schimbă odată cu schimbările în dieta umană. La primatele non-umane, frecvența acestor tulpini bacteriene a fost în intervalul 30-40%. Aceasta a fost similară cu frecvențele observate în vechile eșantioane de fecale umane, dar mai mare decât cea observată la oamenii actuali. Aici a fost o diviziune puternică. Vânătorii/culegătorii din zilele noastre și cei care trăiesc într-un mediu rural, ambii care consumă diete foarte bogate în fibre, au încă o prevalență de aproximativ 20% a acestor specii care digeră celuloza. În schimb, cei din țările industrializate au avut o prevalență sub 5%.

În general, cu cât mai multe fibre în dieta unei culturi, cu atât bacteriile lor care digeră celuloza erau mai diverse. Așadar, diversitatea lor la oameni a scăzut, pe măsură ce mai multă populație sa mutat în viața urbană.

Adunarea genelor potrivite

În timp ce oamenii conțin tulpini pe care le-am primit de la strămoșii noștri primate, au existat tulpini suplimentare prezente care nu se potriveau prea bine. Cercetătorii au descoperit că aceste tulpini s-au grupat în cele care sunt prezente la rumegătoare. „Analiza noastră evolutivă sugerează cu tărie acest lucru [these strains] probabil că a avut originea în intestinul rumegătoarelor și s-a transferat mai târziu la oameni, posibil în timpul domesticirii”, concluzionează cercetătorii.

Cercetătorii au examinat, de asemenea, celelalte gene metabolice găsite în genomul digestoarelor de celuloză. Acestea au indicat că există adaptări suplimentare la dieta animalului. De exemplu, tulpinile găsite în intestinele primatelor aveau adesea gene care au permis digestia chitinei, un polimer diferit care este o componentă majoră a exoscheletelor insectelor. În schimb, unele tulpini specifice omului aveau enzime care pot distruge eficient pereții celulari ai plantelor precum orezul, grâul și porumbul.

Analiza acestor alte gene metabolice sugerează că au fost obținute inițial din alte bacterii găsite în intestinele animalelor. Deci, procesul de transfer orizontal al genelor între specii pare a fi o caracteristică cheie a adaptării digestoarelor de celuloză la gazdele lor.

Așadar, în timp ce oamenilor le lipsesc structuri specializate pentru a digera celuloza, există încă ceva digestie a celulozei în intestine – deși cât de mult va depinde foarte mult de dietele noastre. Pentru a fi clar, bacteriile care fac digerarea o fac pentru propriile lor scopuri. Dar enzimele pe care le folosesc pentru digestie trebuie să fie exportate în afara celulelor, deoarece este imposibil să importați polimerii în interiorul celulelor bacteriene. Deci, cel puțin unele dintre produsele de digestie ajung să fie luate de sistemul digestiv uman.

În plus, multe bacterii intestinale folosesc energia pe care o obțin din alimentele noastre pentru a produce substanțe chimice care sunt utile oamenilor, ceea ce poate explica unele dintre beneficiile dietelor bogate în fibre. Așadar, în timp ce aceste bacterii pot fi o componentă minoră a capacității noastre de a procesa alimente, este posibil să aflăm totuși că ele aduc contribuții esențiale sănătății noastre.

Science, 2024. DOI: 10.1126/science.adj9223 (Despre DOI).