Convergencia del microbioma de humanos y monos del viejo mundo demuestra la importancia de la ecología humana versus la filogenia.
El microbioma afecta de maneras muy diferentes pero dependen del desarrollo del huésped y el estilo de vida. Comparando diferentes clases de primates el humano tiene muchas diferencias ecológicas bien marcadas. Sin embargo es poco conocido que procesos fueron los que moldearon la composición del microbioma a escala evolutiva y las implicaciones de la adaptación humana.
Estudiar primates y primates no humanos es una manera eficiente para estudiar la evolución del microbioma humano. Nos da información de los microorganismos asociados con diferentes partes del tracto digestivo. La idea es que a medida de que los huéspedes de un mismo grupo filogenético comparten adaptaciones similares como dieta y fisiología estos compartirán rasgos microbianos intestinales.
Hay que aclarar que las diferencias entre los primates no humanos es muy grande independientemente de lo estrechamente relacionados. Al divergir los humanos comenzamos a ocupar espacios abiertos y variables, además la dieta se hizo muy diversa. Esto llevó a cambios en las dietas humanas hasta la transición hacia la industrialización (ya no se consume lo que antes ni en las cantidades que antes). Esto lleva a diferencias fisiológicas digestivas donde los autores remarcan por ejemplo la expresión de amilasa salival en chimpancés es un tercio que la de los humanos. Curiosamente la dieta y nicho ecológico ocupado por los humanos es más similar al de los cercopitecinos (mandriles). Estos viven en hábitats desde praderas a bosques con una dieta omnívora muy variada lo cual sugiere que este grupo es el mejor para las comparaciones análogas de nuestros ancestros homínidos
Para comparar el microbioma los autores analizan por 16S y metagenoma 14 poblaciones d humanos de lugares industrializados y no industrializados de 10 naciones así como 18 especies de primates no humanos salvajes con sus dietas naturales y probar su teoría de que la dieta, ecología y fisiología influye en el microbioma humano independientemente de la filogenia del huésped y la diversificación huésped- microbio co-diversificación.
A Principal coordinates analysis (PCoA) plot of shotgun metagenomic sequencing data based on Bray-Curtis distances b Consensus unweighted pair group method with arithmetic mean (UPGMA) tree of shotgun metagenomic sequencing data based on unweighted UniFrac distances. PERMANOVA indicates greater differences between humans and cercopithecines (Bray-Curtis: F 1,65 = 13.4, r 2 = 0.17, p <0.001) than between humans and apes (Bray-Curtis: F 1,54 = 5.3, r 2 = 0.09, p = 0.001
Similarity of gut microbiome functional potential among non-industrialized humans, apes, and cercopithecines. a Principal coordinates analysis (PCoA) plot of shotgun metagenomic sequencing data based on Bray-Curtis distances. b Consensus unweighted pair group method with arithmetic mean (UPGMA) tree of shotgun metagenomic sequencing data based on unweighted UniFrac distances
En cuanto a los humanos las dos poblaciones (industrializadas y no industrializadas) difieren tanto en composición como en funciones. Los microbiomas intestinales de las industrializadas se mantienen lejos de él de los otro grupos de primates, mientras que las no industrializadas se mantienen cerca de las de simios y los monos del viejo mundo. Los monos del nuevo mundo y lémures tienen pocas similitudes con las de los humanos así que fueron eliminados de los siguientes análisis. Observaron también que los mandriles son los más cercanos a los humanos pero también los que tuvieron las mayores diversidades que humanos y simios. Diferentes PERMANOVAs muestran diferencias entre la correlación del nicho ecológico con el huésped más que el nicho ecológico que con la filogenia.
Interindividual variation in the gut microbiome of industrialized and non-industrialized humans.
Principal coordinates analysis (PCoA) plot indicating the distance from each point to the group centroid for a taxonomic composition (F 1,88 = 6.0, p = 0.016) and b functional potential (F 1,44 = 54.8, p < 0.001).
Las distancias entre humanos y cercopitecinos es menor que entre humanos y simios. Algo similar observaron en los datos de metagenoma. Para entender la variación de bacterias en los huéspedes, los autores definieron un núcleo de al menos 80% de presencia en todas las muestras de un mismo grupo. Con ese núcleo encontraron más organismos compartidos en mandriles y humanos que en humanos y simios, destacando las familias Coccaceae y Lanchnospiraceae.
Interindividual variation in the gut microbiome of non-industrialized humans and apes/cerocpithecines. Principal coordinates analysis (PCoA) plot indicating the distance from each point to the group centroid for humans and closely related non-human primates for a taxonomic composition and b functional potential.
Cuando analizan las poblaciones de humanos contra la de primates no humanos se observa que la composición en el análisis taxonómico es muy cercana pero un poco más alejada a nivel funcional lo cual habla de la relación y especificidad de los microorganismos a los que están asociados. Análisis de LEfSe indicaron que los simios se diferencian también por rutas funcionales que los humanos tienen. procesos involucrados en la biosíntesis y degradación de almidón asociados a taxones no clasificados y a Faecalibacterium prausnitzii.
Los datos demuestran que el microbioma humano diverge de especies cercanas genéticamente como los simios pero converge con la de los cercopitecinos de manera taxonómica y funcional. Los humanos como los primates parecen adquirir linajes microbianos más antiguos que ellos a través de la selección de rasgos ecológicos y fisiológicos.
Amato, K.R., Mallott, E.K., McDonald, D. et al. Convergence of human and Old World monkey gut microbiomes demonstrates the importance of human ecology over phylogeny. Genome Biol 20, 201 (2019). https://doi.org/10.1186/s13059-019-1807-z
