Микробиота кишечника может направлять эволюцию хозяина

Биолог из Калифорнийского университета в Беркли Майкл Шапира выдвигает идею, что сложные микробные сообщества (микробиота) в кишечнике и других органах не только важны для здоровья, но и могли играть ключевую роль в эволюции животных, включая человека.

В статье, опубликованной в журнале Trends in Ecology and Evolution, Шапира рассматривает концепцию гологенома — совокупности геномов хозяина и всех его симбионтов. Согласно этой идее, предложенной в 2008 году, естественный отбор может действовать на эту объединённую генетическую единицу, а не на геномы хозяина и микробов по отдельности.

"Идея о том, что животные могут подвергаться отбору не только на основе собственного генома, но с помощью множества других, открывает дверь для ранее немыслимых эволюционных путей", — говорит Шапира.

Примеры совместной эволюции

• Тли и бактерии Buchnera: Тли зависят от этих бактерий, которые синтезируют незаменимые аминокислоты. Исследования показали, что видообразование у тлей в ходе эволюции зеркально отражалось в видообразовании их бактерий-симбионтов, демонстрируя совместную эволюцию.
• Дрозофилы: Эксперимент показал, что при выращивании на разной пище у мух формируется разная микробиота кишечника. В течение одного поколения у мух развивалось предпочтение к спариванию с особями своей группы, что зависело от микробов. Это создавало репродуктивную изоляцию — первый шаг к видообразованию.

Гибкий пул микробов как ресурс для адаптации

Шапира предлагает модель, в которой хозяин и его основная микробиота (core microbiota) эволюционируют вместе. Параллельно существует гибкий пул других бактерий, которые могут меняться в зависимости от среды и помогать хозяину адаптироваться к резким изменениям.

• В его собственных экспериментах с нематодой C. elegans на разной пище в кишечнике червей сохранялся схожий набор из примерно 32 типов бактерий, но их баланс менялся.
• Пример клопа-щитника: насекомое смогло пережить воздействие пестицида благодаря приобретению конкретного типа кишечного микроба, способного детоксифицировать яд. Это иллюстрирует преимущество гибкого микробного пула.

Наследование и обмен микробиотой

Предполагается, что часть микробиоты (основная) может передаваться потомству, в то время как другая часть (гибкий пул) может обмениваться с окружающей средой. Изменения в любом из компонентов меняют весь гологеном.

Шапира планирует дальнейшие эксперименты с C. elegans, чтобы проверить эти идеи и прояснить взаимовыгодные отношения между хозяевами и их микробиотами.