Globale Daten zeigen, warum Darmmikrobiome in industrialisierten Regionen immer ähnlicher werden

Eine globale Analyse zeigt, wie moderne Lebensstile die mikrobielle Vielfalt untergraben, Darmgemeinschaften destabilisieren und Immunstresssignale verstärken, wodurch versteckte biologische Kosten der Industrialisierung aufgedeckt werden.

*Wichtiger Hinweis: bioRxiv veröffentlicht vorläufige wissenschaftliche Berichte, die nicht von Experten begutachtet werden und daher nicht als schlüssig angesehen werden sollten, als Leitfaden für die klinische Praxis/gesundheitsbezogenes Verhalten dienen oder als etablierte Informationen behandelt werden sollten.

In einer Studie, die im veröffentlicht wurde bioRxiv preprint* server analysierte ein internationales Forscherteam, wie Lebensstil und Industrialisierungsgrad die Struktur des menschlichen Darmmikrobioms beeinflussen.

Ihre Ergebnisse weisen auf Zusammenhänge zwischen der Industrialisierung und weniger vielfältigen, einheitlicheren Mikrobiomen hin. Populationen in stärker industrialisierten Regionen zeigten auch Anzeichen einer verminderten Stabilität der Gemeinschaft und einer erhöhten Immunaktivität, einschließlich erhöhter Darmstressmarker.

Wie die Industrialisierung die Mikrobiomvielfalt verändert

Industrialisierte Lebensstile wurden wiederholt mit erheblichen Veränderungen im Darmmikrobiom in Verbindung gebracht, darunter einer verringerten Diversität, veränderten mikrobiellen Zusammensetzungen und unterschiedlichen Stoffwechselmerkmalen. Diese Muster könnten jedoch viele Störfaktoren widerspiegeln, wie z. B. Ernährung, Genetik, Geographie, Immunstatus, Infektionsexposition und inkonsistente Probenentnahme.

Eine weitere offene Frage ist, ob industrialisierungsbedingte Mikrobiomveränderungen mikrobielle Gemeinschaften destabilisieren oder die Immun- und Entzündungsreaktionen des Wirts beeinflussen.

Um diese Probleme zu lösen, benötigen Forscher weltweit vielfältige Populationen und standardisierte, mehrdimensionale Mikrobiom- und Wirtsdatensätze. Um diesem Bedarf gerecht zu werden, wurde die Global Microbiome Conservancy (GMbC)-Kohorte gegründet.

Global Microbiome Conservancy Kohortendesign und Datenerfassung

An der GMbC nahmen 1.015 gesunde Erwachsene aus 12 Ländern und 35 lokalen Bevölkerungsgruppen teil, die große Unterschiede in Bezug auf Alter, BMI, ethnische Zugehörigkeit, Umwelt und Lebensunterhaltsstrategien repräsentierten. Die Teilnehmer berichteten bei der Einschreibung über keine chronischen oder infektiösen Erkrankungen. Dieses Design erfasste große Unterschiede in der Industrialisierung, Urbanisierung und Subsistenz und dokumentierte gleichzeitig detaillierte Ernährungsgewohnheiten.

Die metagenomische Sequenzierung mit Schrotflinten profilierte taxonomische und funktionelle Merkmale. Die menschliche Genotypisierung definierte genetische Vielfalt und Beimischung. Die Forscher stellten umfangreiche Metadaten zu Lebensstil, Ernährung, Umwelt und Demografie zusammen und reduzierten sie dann auf Hauptkomponenten (PCs), die Industrialisierung, Ernährung und Wirtsgenetik repräsentieren. Diese PCs informierten über Assoziationstests, multivariate Modelle und Varianzpartitionierung.

Statistische Modelle zeigen, dass der Lebensstil der stärkste Einflussfaktor für das Mikrobiom ist

In der gesamten Kohorte erwies sich die Industrialisierung als die stärkste Determinante für die Struktur des Darmmikrobioms. Stärker industrialisierte Bevölkerungsgruppen zeigten eine deutlich verringerte Alpha-Diversität und eine homogenere Zusammensetzung der Gemeinschaft, Muster, die auf allen Kontinenten und in einzelnen Ländern wie Ghana und Kamerun beobachtet wurden.

Obwohl Ernährung, Genetik, Geographie, Alter, Geschlecht und BMI einen bedeutenden Beitrag leisteten, erklärt die Industrialisierung (PC1-Lebensstil) den größten Anteil der Gesamtvariation. Varianzpartitionierungsmodelle zeigten, dass diese Faktoren gemeinsam bis zu 58 % der Beta-Diversität erklärten und die Trennung nichtredundanter Effekte ermöglichten.

Artenebene und funktionale Veränderungen im Zusammenhang mit dem Lebensstil

Viele Bakterienarten zeigten in mehreren Ländern konsistente, mit dem Lebensstil verbundene Veränderungen. Während kanonische „Industrialisierungsmarker-Taxa“ wie z Bakteroides Und Prevotella blieben bedeutsam, andere (z. B. Treponema, Akkermansia) verlor nach Bereinigung um Störfaktoren an Bedeutung.

Funktionell waren 1.438 KEGG-Gene stärker mit dem Lebensstil assoziiert als mit der Ernährung oder der Genetik. Industrialisierte Mikrobiome wurden mit Signalwegen wie der Cobalamin-Biosynthese (Vitamin B12) und dem Propanoyl-CoA-Metabolismus angereichert, was auf eine metabolische Neuverdrahtung während der Umstellung des Lebensstils hindeutet.

Netzwerkanalysen zeigen eine verringerte ökologische Stabilität in industrialisierten Mikrobiomen

Die Rekonstruktion des Koabundanznetzwerks zeigte, dass industrialisierte Bevölkerungsgruppen dichtere positive Assoziationen, weniger negative Korrelationen und eine verringerte ökologische Stabilität aufwiesen, Muster, die mit einer geringeren Widerstandsfähigkeit vereinbar sind.

Trotz der geringeren Prävalenz darm-eukaryotischer Protisten in industrialisierten Gruppen zeigte die IgA-Sequenzierung eine erhöhte Immunaktivität. Obwohl die IgA-Targeting-Muster in allen Populationen weitgehend konserviert waren, gibt es bestimmte Taxa wie z Phocaeicola vulgatus Und Gemmiger OTUs zeigten lebensstilbedingte Unterschiede.

Auswirkungen auf Krankheitsmodelle und globale Gesundheitsgerechtigkeit

Die Studie hebt hervor, dass mikrobiombasierte Krankheitsvorhersagemodelle, die in industrialisierten, hauptsächlich europäischen Kohorten entwickelt wurden, nicht gut auf andere Bevölkerungsgruppen übertragen werden können. Dies unterstreicht eine erhebliche Gerechtigkeitslücke und den Bedarf an weltweit repräsentativen klinischen Kohorten.

Die erhöhten Darmstressmarker in industrialisierten Bevölkerungsgruppen lassen darauf schließen, dass Mikrobiome mit geringer Diversität physiologische Störungen beeinflussen oder die Anfälligkeit für Krankheiten erhöhen können.

Komplementäre Co-Kulturexperimente aus derselben GMbC-Kohorte stützen diese Hypothese und zeigen verstärkte Entzündungsreaktionen auf industrialisierte Mikrobiome.

Zukünftige Wege zur Erhaltung der Mikrobiomvielfalt

Die Autoren betonen, dass einige Unterschiede aufgrund der Kollinearität zwischen Ernährung und Lebensstil weiterhin schwer zu entwirren sind. Zukünftige Bemühungen werden Längsschnittprobenentnahmen, regionalen Kapazitätsaufbau und kontextspezifische Interventionen zur Erhaltung der globalen Mikrobiomvielfalt priorisieren.

Insgesamt wird die Erweiterung des GMbC-Rahmens das mechanistische Verständnis vertiefen, die Genauigkeit von Krankheitsmodellen verbessern und sicherstellen, dass die Mikrobiomwissenschaft vielfältige menschliche Erfahrungen weltweit widerspiegelt.

*Wichtiger Hinweis: bioRxiv veröffentlicht vorläufige wissenschaftliche Berichte, die nicht von Experten begutachtet werden und daher nicht als schlüssig angesehen werden sollten, als Leitfaden für die klinische Praxis/gesundheitsbezogenes Verhalten dienen oder als etablierte Informationen behandelt werden sollten.

Quellen: