Nasz układ pokarmowy jest domem dla niesamowitych kolekcji bakterii, a my dopiero zaczynamy rozumieć w jaki sposób te unikalne społeczności mają wpływ nie tylko na nasze trawienie i przyswajanie pokarmów, ale również na to jak myślimy i jak się zachowujemy. Nowe odkrycia ujawniają, że sytuacja w naszych jelitach jest o wiele dziwniejsza niż mogliśmy przypuszczać. Jak sugerują biolodzy, być może będziemy potrzebowali zdefiniować nową formę życia, aby móc opisać tych małych, nieznajomych mieszkańców.
Zespół naukowców z Pierre and Marie Curie University w Paryżu, kierowany przez Philippe’a Lopez i Erica Bapteste, próbuje przedefiniować sposób klasyfikowania organizmów żywych bytujących w naszych jelitach. Analizując 86 różnych rodzin genów, badacze odkryli sekwencje DNA, które są na tyle odmienne aby można było zasugerować, że znajdują się one poza trzema znanymi nam formami życia: bakteriami, archeonami i eukariotami. Archeony dzieliły kiedyś wspólną gałąź z bakteriami, jednak mają one wyraźnie inny charakter biochemiczny, potrafią przetrwać w o wiele bardziej ekstremalnych warunkach. Do eukariotów zaś zaliczamy grzyby, rośliny i zwierzęta.
To, co odkrył zespół z Paryża, może być przesłanką przemawiającą za dodaniem czwartej domeny do drzewa życia, jednak należy zachować ostrożność – innym wytłumaczeniem tych odkryć może okazać się większa niż przypuszczano różnorodność domen.
Magazyn New Scientist tak komentuje pracę Francuzów:
„Przeanalizowano próbki mikrobiomu, zawierające około 230 000 sekwencji DNA, które były podobne do sekwencji występujących w 86 znanych rodzinach genów. Następnie wykorzystano te sekwencje jako punkt wyjścia dla kolejnej analizy – to tak jakby kopać głębiej w twoim drzewie genealogicznym opierając się na DNA twoich rodziców zamiast na twoim własnym. Pomimo to 1/3 materiału genetycznego nie przypominała niczego, z czym spotkaliśmy się do tej pory, a jej podobieństwo do znanych sekwencji DNA nie przekraczało 60%.”
Ale zanim czwarta domena zostanie włączona, naukowcy będą musieli wyizolować i przebadać organizmy z tej grupy w środowisku laboratoryjnym, a nie jest to łatwe zadanie. Obecnie nie umiemy hodować około 99% mikroorganizmów – to dlatego też wciąż jest tyle niewyjaśnionych kwestii dotyczących tych podstawowych form życia. Ponadto bakterie wymieniają się wieloma genami, co wprowadza dodatkowe zamieszanie, stąd też powyższe badanie skupia się tylko na tych rodzinach genów, które nie podlegają wymianie.
W podsumowaniu pracy czytamy:
„Nasze wyniki podkreślają jak ograniczone pozostaje nasze zrozumienie najbardziej zróżnicowanej części mikroświata, ale też zachęcają do głębszego studiowania naturalnych mikro-społeczności oraz ich genetycznych zasobów. Sugeruje to również możliwość odkrycia wciąż nieznanych, choć podstawowych, gałęzi drzewa życia.”
„Nie jestem do końca pewien, co oznaczają te wyniki,” mówi James McInerney z University of Manchester, który zajmował się pochodzeniem trzech znanych nam domen życia. James podejrzewa, że nietypowe geny mogą należeć do całkiem zwykłych i znanych mikrobów – szczególnie, iż naukowcy zaczynają dostrzegać, że różnorodność genów jest znacznie większa niż do tej pory sądzono. „To i tak niesamowite odkrycie, które może wskazywać na obecność dotąd niezaobserwowanych szlaków metabolicznych w naszych jelitach”, podsumowuje McInerney.
Pozostaje jeszcze wiele do zrobienia, ale te odkrycia są dobrym powodem do ekscytacji (jeśli jesteś zapalonym biologiem). „Poczekajmy jak niecodzienne okażą się te organizmy. Naukowcy znaleźli gigantyczną różnorodność mikrobów w ludzkich jelitach, więc nie uważam aby konieczne było negatywne nastawienie do odmiennych i nieznanych form życia”, zauważa Bapteste w New Scientist.
Nathan Wolfe: Co pozostało do odkrycia? TEDTalks 2012
„Wyobraźcie sobie, że od każdego z was wzięliśmy próbkę wymazu z nosa. Robimy to często szukając wirusów dróg oddechowych, np. grypy. Najpierw otrzymujemy olbrzymią ilość informacji genetycznych. Gdy zaczniemy się im przyglądać, zobaczymy, co łatwo przewidzieć, sporo ludzkich informacji genetycznych, ale także informacje bakteryjne i wirusowe, głównie rzeczy, które w waszych nosach są całkowicie nieszkodliwe. Zobaczymy także coś bardzo zadziwiającego. Gdybyśmy zaczęli przyglądać się tym informacjom zauważymy, że ok. 20% informacji genetycznej z waszych nosów nie odpowiada niczemu, co widzieliśmy wcześniej, żadnej roślinie, zwierzęciu, grzybowi, wirusowi czy bakterii. Szczerze mówiąc, nie mamy pojęcia, co to jest. Wśród badaczy analizujących takie dane, niektórzy nazywają te informacje biologiczną czarną materią. To coś, czego nie widzieliśmy wcześniej. W pewnym sensie jest to nieodkryty kontynent, wśród naszych własnych informacji genetycznych. I jest tego dużo. O ile 20% informacji genetycznych w naszych nosach stanowi czarną materię, to gdybyśmy spojrzeli w jelita, znaleźlibyśmy tam od 40% do 50% biologicznej czarnej materii. Nawet w stosunkowo sterylnej krwi, około 1% – 2% informacji to czarna materia. Nie może zostać sklasyfikowana ani porównana do czegokolwiek, co znamy. Początkowo myśleliśmy, że może to jakiś błąd. Te urządzenia do głębokiego sekwencjonowania są stosunkowo nowe. Ale w miarę jak stawały się dokładniejsze, stwierdziliśmy, że ta informacja jest formą życia. A przynajmniej jej część jest formą życia. I chociaż hipotezy dotyczące istnienia biologicznej czarnej materii są jeszcze mało rozwinięte, niewątpliwie istnieje fascynująca możliwość, że w w tej informacji genetycznej, są ślady niezidentyfikowanego jeszcze życia. Podczas badania tych ciągów pełnych A, T, C i G, możemy odkryć zupełnie nowy rodzaj życia, i jak Beijerinck odmienić sposób, w jaki myślimy o biologii.”
Źródło
- Philippe Lopez, Sébastien Halary, Eric Bapteste. Highly divergent ancient gene families in metagenomic samples are compatible with additional divisions of life. Biology Direct 2015, 10:64
- David Nield, Scientists think a whole new type of life form could be living in our guts, ScienceAlert, 16 November 2015
- Colin Barras, Mystery microbes in our gut could be a whole new form of life, New Scientist 11 November 2015