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AW: Resistente Stärke - Präbiotika und Probiotika
Danke, Anahata, für den deutschen Link über diese Studie!!!
Artikel von Chris Kresser über interessante Aspekte aus evolutionärer Sicht zum Mikrobiom:
The hologenome: How our relationship with microbes drives our evolution
Danke, Anahata, für den deutschen Link über diese Studie!!!
Artikel von Chris Kresser über interessante Aspekte aus evolutionärer Sicht zum Mikrobiom:
The hologenome: How our relationship with microbes drives our evolution
Die hologenome Theorie: Wie unsere Beziehung zu Microben unsere Entwicklung steuert
Ist das Geheimnis der menschlichen Intelligenz in unserem Darm? Neuere Studien legen nahe, dass es so sein könnte. Unsere Gene und die Gene des Mikrobioms zusammen ist das "hologenome", eine Einheit, die geformt wird, und durch unsere Umwelt geprägt wird.
Aus evolutionärer Sicht wird es immer deutlicher, dass viele moderne chronischen Krankheiten eine Folge einer Diskrepanz zwischen unserer angeborenen Biologie und unserer modernen Umwelt sind.
Wenn wir über unsere Biologie und Evolution nachdenken, denken wir über unsere Gene nach, die unsere vererbbare genetische Information tragen. Aber was ist mit den 99 Prozent der Gene, die mit unserem Körper verbunden sind, die nicht menschlich sind? Jeder Mensch trägt etwa 23.000 Protein-kodierenden Gene https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15496913, die Mikroben auf und in unserem Körper leben, haben schätzungsweise 9 Million verschiedene Gene PLOS ONE: More than 9,000,000 Unique Genes in Human Gut Bacterial Community: Estimating Gene Numbers Inside a Human Body Diese Gene sind die Schlüsselspieler, und bestimmen die evolutionäre Bahn des Wirts.
Jedes Lebewesen hat einen genetischen Bauplan in Form von DNA. Alle unsere physikalischen Eigenschaften werden durch diese DNA codiert. Wenn Organismen auf ihren Genen in Form von DNA an die nächste Generation vererbt werden, werden sie sehr genau kopiert. Gelegentlich wird eine Mutation im genetischen Code sein. Eine bestimmte Mutation kann auf einen Organismus schädlich, neutral oder vorteilhaft wirken. Diese Organismen geben ihre Gene an die nächste Generation weiter. Organismen neigen dazu, sich ihrer Umwelt im Laufe der Zeit anzupassen.
Wenn zwei verschiedene Populationen der gleichen Spezies in verschiedene Umgebungen auswandern, werden sie sich über Generationen an ihre jeweiligen Lebensräume anpassen. Wenn sie lange genug voneinander getrennt sind, erlaubt ihre Physiologie nicht mehr, lebensfähige Nachkommen zusammen zu produzieren. Wenn dies der Fall ist, sagen wir, dass sich eine neue Spezies gebildet hat (Darwin, „on the Origin of Species, 1859“).
Das "hologenome"
Im Jahr 2007 entwickelten Eugene Rosenberg und Ilana Zilber-Rosenberg das Konzept des hologenoms ein. Weit weg von Darwins Theorie der natürlichen Auslese, widerspricht das Konzept des hologenoms Darwins Theorie, und beschreiben, daß das Wirtsgenom und die Genome aller seiner verbundenen Mikroben die "hologenome" bilden The role of microorganisms in coral health, disease and evolution. - PubMed - NCBI
Mit anderen Worten, die Evolution wirkt nicht allein auf die menschlichen Gene, sondern auf 9.020.000 Gene, also die vom Wirt und vom Mikrobiom. Dies gilt für jeden mehrzelligen Organismus auf dem Planeten, jedes Tier mit einem Magen - Darm - Trakt hat irgendeine Form von Darmmikrobiota , die einzigartig zu diesem Tier paßt. Ähnlich werden die Pflanzen mit Bakterien und Pilzmikroben auf ihren Blättern und Wurzeln beschichtet Microbes Drive Evolution of Animals and Plants: the Hologenome Concept
Die Mikrobes wirken sich auf die Fitness des Wirt aus
Zahlreiche moderne chronische Erkrankungen sind Krankheiten mit Störungen des Mikrobioms wie Allergien, Autoimmunerkrankungen, Hauterkrankungen , entzündliche Darmerkrankungen, Schilddrüsenerkrankungen, Diabetes, Übergewicht und andere. Das Mikrobiom spielt viele Rollen in der Gesundheit des Wirts Gestaltung, einschließlich Schutz gegen Krankheitserreger, der Stoffwechsel, Entgiftung, Immun- und Nervensystementwicklung. Mikroben erzeugen Signalmoleküle, daher ist bekannt , dass sie die menschliche Genexpression beeinflussen. Kurz gesagt, ein gesundes Mikrobim führt typischerweise zu einem "fitten" Individuum. Tatsächlich waren Mitochondrien, Teil unserer Zellen, und verantwortlich für die Energieerzeugung sind, einmal freilebendes Bakterium, das von einer eukaryotischen Zelle (=eine Zelle, die von einem Kern verschlungen wurde ). Diese symbiotische Beziehung wurde schließlich dauerhaft.
Microbes erhöhen genetische Variationen
Außerdem liefern die Mikroben drei neuartige Formen von genetischen Variationen. Variation ist absolut entscheidend für die Entstehung neuer Eigenschaften und schließlich neuer Arten:
1. Horizontaler Gentransfer: Im Gegensatz zu Eukaryonten, sind Bakterien und Archaeen in der Lage, sich zu verbinden Gene zu teilen. Dies bedeutet, dass auch Mikroben, die (wie z.B. in Probiotika und fermentierten Lebensmitteln) Ihren Körper nicht besiedeln, Gene mit Ihren Wohnsitzmikroben austauschen, wenn sie einander begegnen.
2. Mikrobielle Verstärkung: Änderungen in der lokalen Umgebung erlauben einigen mikrobiellen Populationen zu gedeihen und anderen mikrobiellen Populationen schrumpfen. Dies führt zu einer Verschiebung des kollektiven mikrobiellen Genpool. Wir sehen dies im Einklang mit dem Einfluss der Ernährung auf die mikrobielle Zusammensetzung https://www.nature.com/nature/journal/v505/n7484/full/nature12820.html
3. Erwerb von neuen Stämme: Die Begegnung mit neuen Mikroben in der Umgebung führen bei einigen Stämmen von Mikroorganismen dazu, den Wirt zu besiedeln. Diese Akquisition neuer Stämme bedeutet auch das Hinzufügen neuer Gene zum mikrobiellen Gen -Pool.
Sind einige Ihrer "menschlichen" Gene zu mikrobiell?
Wie im vorherigen Abschnitt erwähnt, tritt ein horizontaler Gentransfer häufig zwischen Mikroben auf ( 12 ). So können zum Beispiel die Japaner Agar verdauen, weil sie traditionell große Mengen an Algen essen. Das Marine-Bakterium Zobellia galactanivorans kolonisiert die Oberfläche von Meerespflanzen, die sich von Agar ernähren. Wenn die Japaner dieses Bakterium mit rohen Algen aufnemmen, teilen sie ihre Gene für Agar-abbauende Enzyme mit ihren Wohnsitz Darmbakterien. Auf diese Weise "erziehen" die Mikroben, die auf den Lebensmitteln, die wir essen, leben, unsere Darmbakterien, indem die genomische Informationen, um die Lebensmittel zu verdauen, ausgetauscht wird.
Also können Mikroben Gene miteinander teilen. Aber was ist mit menschlichen Zellen? Können Mikroben Gene mit uns teilen? Neuere Studien legen nahe , dass sie es können, und daß das sehr häufig ist. Insgesamt 145 Gene, von denen man dachte, daß es menschliche Gene sind, können auf horizontalen Gentransfer zurückgeführt werden. Die meisten dieser Gene stammen von Bakterien, aber einige kommen von Viren oder von Hefen Expression of multiple horizontally acquired genes is a hallmark of both vertebrate and invertebrate genomes | Genome Biology | Full Text . In Anbetracht der Tatsache , dass nur ein kleiner Prozentsatz von Mikroben auf der Erde identifiziert wurde, und ein noch kleineren Anteil unser volles Genom sequenziert hat, ist es durchaus plausibel, dass viel mehr unserer Gene mikrobielle Wurzeln haben.
Microben: Schöpfer neuer Arten
Microbes haben Einfluss auf die Entstehung neuer Arten. Studien an Fruchtfliegen zeigen, dass, wenn man Fliegevölker teilt, und einige auf Melasse, und andere auf ein Stärkemedium führt, das die Paarungspräferenzen erhöht. Die Melasse-Fliegen züchteten andere „Melasse Fliegen" und die Stärke Fliegen züchteten andere „Stärke-Fliegen“ Reproductive Isolation as a Consequence of Adaptive Divergence in Drosophila pseudoobscura on JSTOR Die Paarung Präferenz gilt als ein frühes Ereignis in der Entstehung neuer Arten.
Neuere Studien folgten dieser Erkenntnis, und man fand heraus , dass Antibiotika -Behandlung die Diät-induzierte Paarungs-Präferenz eliminiert. Die anschließende Wiederbesiedlung dieser Antibiotika-behandelten Fliegen mit dem Bakterium Lactobacillus plantarum stellte die Paarungspräferenzen wieder her. Die Forscher fanden heraus , dass L. plantarum in der Lage war, die Mengen an ausgeschütteten Sexualpheromonen zu ändern. An Error Occurred Setting Your User Cookie
Das Mikrobiom beeinflusst auch, ob ein Nachwuchs nach der Empfängnis lebensfähig ist. Gem. der Definition von biologischen Spezies werden zwei Organismen, die sich nicht paaren und lebensfähige Nachkommen produzieren können, als getrennte Arten betrachtet. Eine Studie über Wespen stellte fest , dass, wenn kürzlich getrennte Wespenarten gekreuzt wurden, alle Hybriden im Larvenstadium gestorben sind. Eine antibiotische Behandlung rettete das Überleben der Hybriden, was darauf hindeutet, dass ihre symbiotischen Mikroorganismen eine Rolle bei der Hybrid -Mortalität gespielt hatten The Hologenomic Basis of Speciation: Gut Bacteria Cause Hybrid Lethality in the Genus Nasonia | Science
Das Wirtsgenom formt das Mikrobiom
Während unsere Umgebung, alle frühen Lebenserfahrungen und Ernährung eine wichtige Rolle bei der Zusammensetzung unseres Mikrobiota spielen, spielen auch die Gene eine Rolle. Quer durch das Tierreich, gibt es Parallelen in der Zusammensetzung des Mikrobioms eines Stammes. Genetische Variationen können auch Unterschiede im Mikrobiom innerhalb einer Art erklären. Einzel - Nukleotid - Polymorphismen (SNP´s, eine Änderung in einem Basismolekül in der DNA) und die Anzahl eines bestimmten Gens, das wir haben, können Unterschiede im Mikrobiom erklären. Auch identische Zwillinge haben eine sehr ähnliche microbiota Zusammensetzung, und die mikrobielle Zusammensetzung neigt dazu ,mit der ethnischen Zugehörigkeit zu korrelieren.
Wie formen unsere Gene die Mikroben, die unseren Darm, Haut, Lunge, Nasengänge und andere Bereiche des Körpers bewohnen? Es stellt sich heraus , dass der Wirt mehrere Mittel zur Regulierung entwickelt, welche Mikroben bei uns siedeln, und welche nicht. Eines ist ein kodierendes Gen für antimikrobielle Peptide, die an Schleimhautoberflächen ausgeschieden werden. Diese kleinen Proteine hemmen das Wachstum von bestimmten Mikroben gegenüber anderen PNAS Plus: Distinct antimicrobial peptide expression determines host species-specific bacterial associations Wirte produzieren auch microRNA – also Moleküle, die in Bakterien eintreten, und bakterielle Genexpression, Wachstum und Überleben regulieren https://dx.doi.org/10.1016/j.chom.2015.12.005
Rolle der hologome bei der Entwicklung unserer Spezies, Homo Sapiens
Wissenschaftler haben lange über die Kräfte spekuliert ,die für die Entwicklung der menschlichen Intelligenz verantwortlich waren. Zwei Faktoren gibt es in Bezug auf die hologenome: eine Ausweitung der Hominiden – Ernährung, sowie erweitertes Sozialverhalten.
Fleisch, stärkehaltige Kohlenhydrate, und das Aufkommen des Kochens wurden mit Expansion des menschlichen Gehirns in Verbindung gebracht The critical role played by animal source foods in human (Homo) evolution. - PubMed - NCBI Der Übergang zum aufrechten Gang erlaubte das Tragen von Futter aus großen Entfernungen. Was die Ernährung der frühen Hominiden diverser machte. Das machte es auch einfacher für unsere Vorfahren, große Tiere zu verfolgen.
Diese Diversifizierung von Fleisch und pflanzlichen Lebensmitteln erforderte eine ähnliche Diversifizierung der Mikroben, um die Nährstoffe aus diesen neuen Energiequellen zu extrahieren. Eine aktuelle Studie fand, dass die Menschen einen schnelleren Stoffwechsel als andere Primaten haben, was wahrscheinlich die Entwicklung der größere Gehirne verursacht hat https://www.nature.com/nature/journal/v533/n7603/full/nature17654.html. Diese Steigerung der Stoffwechselrate passierte wahrscheinlich zumindest teilweise aufgrund von Änderungen in der mikrobiellen Zusammensetzung Gut Microbiota and Energy Expenditure in Health and Obesity. - PubMed - NCBI
Auch das Sozialverhalten bei Primaten ist entscheidender Faktor in der Entwicklung der menschlichen Intelligenz zu sein gedacht The social brain hypothesis - Dunbar - 1998 - Evolutionary Anthropology: Issues, News, and Reviews - Wiley Online Library . Der Zugriff auf Mikroben kann eine treibende Kraft in der Entwicklung von Tiersozia gewesen sein, da Mikroben dem Wirt viele Vorteile bieten. Soziale Verhaltensweisen wie Pflege, küssen und Sex erhöht die Übertragung von Keimen von einem Organismus auf den anderen. Studien in sozialen Säugetieren haben festgestellt, dass die Entwicklung des Vorderhirns und Neokortex in sozialen Säugetieren von Signalen im Mikrobiom abhängt Microbiota and neurodevelopmental windows: implications for brain disorders. - PubMed - NCBI Keimfreie Mäuse, denen das Mikrobiom fehlt, auch das soziale Verhalten, und sie zeigen Defizite in sozialen kognitiven Fähigkeiten Microbiota is essential for social development in the mouse. - PubMed - NCBI
Was bieten wir den Mikroben?
Wir profitieren von den Mikroben in unserem Darm. Aber was ist drin für die Mikroben? Wie im vorherigen Abschnitt erwähnt, erhöht das Sozialverhalten des Wirts die mikrobielle Übertragung. Das Leben in Symbiose mit einem Wirt bietet den Mikroben außerdem eine Umgebung, die reich ist an Nährstoffen. Aktuelle gibt es Hinweise darauf, dass das Mikrobiom auch das Wirt-Essverhalten prägen könnten Is eating behavior manipulated by the gastrointestinal microbiota? Evolutionary pressures and potential mechanisms - Alcock - 2014 - BioEssays - Wiley Online Library so dass wir uns nach den Lebensmittel sehnen, die bestimmte Arten in unserem Darm essen.
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