Исследован кишечный микробиом человека, жившего на территории Мексики тысячу лет назад

Исследования древних микробиомов в последние десятилетия привлекают все больше внимания, поскольку они дают информацию об эволюции взаимодействия микроорганизмов с хозяевами. Кишечный микробиом, то есть сообщество микроорганизмов, обитающих в кишечнике, оказывает существенное воздействие на состояние всего организма, как в норме, так и при патологиях. Изменения образа жизни, сопровождающие глобализацию и урбанизацию, в том числе изменение рациона человека и регулярное использование антибиотиков, значительно повлияли на состав микробиома. Хотя у нас есть возможность изучать микробиомы современных охотников-собирателей, исследование древних образцов предоставляет намного больше данных о временных и пространственных вариациях кишечного микробиома, о его эволюции под влиянием внешних факторов, а также о заболеваниях, от которых страдали люди той или иной эпохи. В частности, анализ палеофекалий и мумифицированных тканей кишечника может быть очень информативным.

Сотрудники Национального института антропологии и истории Мексики и Секретариата по науке, гуманитарным наукам, технологиям и инновациям исследовали останки человека из Симапана, также известного под именем Хна Хну (название одного из мексиканских этносов).

Останки мужчины возрастом от 21 до 35 лет, жившего около 936 г. назад, были обнаружены в 2014 году в пещере возле Эль-Саусильо (штат Идальго) — на границе культурных регионов Мезоамерики и Аридоамерики. В отличие от Мезоамерики, которая сыграла решающую роль в возникновении крупных цивилизаций и городов, Аридоамерика была малонаселенным регионом, ее жители были полукочевыми охотниками и собирателями. К ним относились и представители культуры отопаме, к которой мог принадлежать Хна-Хну.

Тело было обмотано полосами узорчатой ткани и завернуто в циновку из растительных волокон. Такой способ погребения указывал на высокий статус в сообществе. Обильные следы крови говорили о смерти от кровотечения. Погребение было повреждено местными жителями, однако сухая среда пещеры способствовала исключительной сохранности как костной, так и мягкой ткани, включая фрагменты кишечной стенки и фекальные остатки.

Образцы палеофекалий и мумифицированной кишечной ткани отбирали в строго стерильных условиях. После извлечения древней ДНК провели секвенирование бактериальных генов 16S рРНК на платформе Illumina MiSeq.

 Credit: Rene Cerritos Flores | CC-BY 4.0 | Пресс-релиз

Для сравнения использовали данные о микробиомах современных образцов почвы штата Идальго, а также о человеческих микробиомах — как микробиомах современных людей, так и мумий доколумбовых жителей Анд и средневекового европейца.

Микробные сообщества человека из Симапана включали несколько семейств бактерий, тесно связанных с микрофлорой кишечника человека. Среди наиболее распространенных групп были Peptostreptococcaceae, Clostridiaceae, Enterobacteriaceae, Enterococcaceae, Morganellaceae и Lachnospiraceae.

Интригующей находкой стала бактерия Romboutsia hominis, которая ранее встречалась у современных людей, но до сих пор не регистрировалась в древних микробиомах. Этот вид принадлежит к семейству Peptostreptococcaceae. Хотя функциональная роль R. hominis еще изучается, известно, что она связана с использованием углеводов и биосинтезом витаминов. Это открытие подтверждает, что в мумифицированной ткани могут сохраняться аутентичные бактерии кишечного микробиома.

Высокое содержание бактерий семейства Lachnospiraceae указывает на диету, богатую растительной пищей. Представители этого семейства ответственны за производство короткоцепочечных жирных кислот и расщепление целлюлозы и гемицеллюлозы — сложных полисахаридов, содержащихся в клеточных стенках растений. Это позволяет предположить, что рацион мужчины из Симапана включал плоды агавы, юкки, мескита и опунции — видов, типичных для засушливых регионов Центральной Америки.

В образцах также была высока численность бактерий рода Clostridium, к которому относятся важные комменсалы, способные использовать сложные полисахариды. Другие исследования древних микробиомов показали, что семейство Clostridiaceae может участвовать в деградации хитина, основного компонента экзоскелетов насекомых. Авторы подчеркивают, что в штате Идальго существует давняя традиция употребления в пищу насекомых.

Анализ главных координат (PCoA), в котором сравнивались образцы из Симапана с микробиомами из других источников, показал сильное сходство с образцами доколумбовых андских мумий; в то же время древние образцы значительно отличались от почвенных микробиомов. Древние и современные образцы образовали отдельные кластеры, возможно, из-за попадания в древние микробиомы почвенных микроорганизмов. Микробиом XIV века с территории Бельгии (из копролита, найденного в бочке) оказался в «современном» кластере.

Тем не менее авторы отмечают, что некоторые таксоны, обычно обильные в современных кишечных микробиомах и встречавшиеся в других древних образцах (например, Prevotellaceae и Ruminococcaceae), были обнаружены в образцах Симапана в очень низких количествах или отсутствовали. Так как древняя ДНК зачастую сильно фрагментирована (до 40 пар оснований), это может ограничивать эффективность методов, основанных на секвенировании генов 16S рРНК. По мнению авторов, более точную картину могут дать метагеномные подходы.

Интеграция археологических, антропологических и микробиомных данных — мощный инструмент для изучения эволюции человека, подчеркивают исследователи. Реконструкция древних микробиомов может дать уникальную информацию о жизни представителей различных культур, включая те, от которых осталось сравнительно мало археологических артефактов.

Мумия Этци и микробиомная история человечества

ДНК из сыра, найденного рядом с мумией, рассказала об истории кефира