Evoluția microbiomului intestinal uman: selecții genetice modelate de dietă și stil de viață

Un studiu realizat în mediul academic internațional și publicat în jurnalul Nature la data de 17 decembrie 2025 a analizat modul în care bacteriile comensale din intestinul uman evoluează și se adaptează prin măturări selective (selective sweep, = fixarea rapidă a unei variante adaptive, cu reducerea diversității locale) specifice genelor, un mecanism genetic răspândit la scară globală. Cercetarea arată că aceste evenimente de selecție pozitivă sunt frecvente, se transmit între microbiomuri diferite și sunt puternic influențate de dietă și stilul de viață al gazdei.

Context

Microbiomul intestinal uman este format dintr-o comunitate extrem de diversă de bacterii care nu rămân stabile din punct de vedere evolutiv. Pe lângă variațiile ecologice, bacteriile intestinale acumulează constant mutații și variante genetice noi, care pot deveni dominante într-un interval scurt de timp. Studii anterioare au demonstrat că, chiar și în absența antibioticelor sau a altor perturbări evidente, bacteriile comensale pot suferi adaptări rapide în interiorul aceluiași individ.

Mult mai puțin era cunoscut însă despre dinamica pe termen lung a adaptărilor, respectiv despre modul în care variantele genetice avantajoase apărute într-un microbiom se pot răspândi între gazde diferite. Transferul orizontal de gene și recombinarea homologă sunt procese extrem de active în intestinul uman, transformând microbiomul într-un mediu propice pentru propagarea adaptărilor genetice. Totuși, identificarea sistematică a acestor adaptări comune a fost limitată de lipsa unor instrumente statistice adecvate pentru populații bacteriene cu recombinare frecventă.

Despre studiul actual

Autorii studiului au dezvoltat o nouă metodă statistică, denumită integrated linkage disequilibrium score (iLDS), concepută pentru a detecta măturări selective mediate de recombinare în genomurile bacteriilor intestinale. Metoda pornește de la un principiu esențial al geneticii populaționale: atunci când o variantă genetică avantajoasă se răspândește rapid, aceasta „antrenează” genetic și alte variante din vecinătatea sa, inclusiv variante non-sinonime cu efecte neutre sau chiar dăunătoare.

Metodologie

Studiul a combinat mai multe niveluri de analiză:

• Simulări genetice forward, realizate pentru a testa dacă semnătura detectată de iLDS este specifică selecției pozitive și nu poate fi explicată prin deriva genetică, contracții demografice sau modificări ale ratei de recombinare.

• Analiza dezechilibrului de legătură dintre variante non-sinonime și sinonime, concentrându-se pe variante frecvente (frecvența alelei minore ≥ 20%), unde efectul selecției este mai ușor de detectat.

• Aplicarea metodei pe:

  • 3.316 haplotipuri bacteriene quasi-fazate, extrase din probe metagenomice provenite de la 693 de persoane din America de Nord, Europa și China.

  • Genomuri bacteriene izolate și genomuri reconstruite metagenomic din catalogul Unified Human Gastrointestinal Genome, acoperind 24 de populații din întreaga lume.

În total, au fost analizate 32 de specii bacteriene comensale frecvente, iar pentru a evita artefactele generate de structura populațională, au fost incluse doar cladele genetice dominante ale fiecărei specii.

Validarea metodei

Pentru a demonstra robustețea iLDS, autorii au testat metoda în mai multe contexte:

• Simulări neutre, în care rata rezultatelor fals pozitive a fost sub 1%.

• Specii bine caracterizate din punct de vedere evolutiv, precum Clostridioides difficile, unde iLDS a identificat corect regiuni genetice cunoscute a fi supuse măturărilor selective, inclusiv gene implicate în virulență.

Rezultate

Măturări selective larg răspândite în microbiom

Aplicarea metodei iLDS a evidențiat:

• 155 de măturări selective unice în analiza inițială pe 32 de specii bacteriene, cu o mediană de patru evenimente per specie.

• 447 de gene implicate în aceste regiuni aflate sub selecție pozitivă.

• În analiza extinsă la nivel global, 309 măturări selective unice identificate în 16 specii bacteriene analizate în 24 de populații.

Majoritatea evenimentelor au fost specifice unei singure populații, sugerând adaptări locale. Totuși, o proporție semnificativă:

• 35% dintre măturări au fost comune mai multor populații,

• 83 de evenimente au fost identificate pe mai multe continente,

• 26 de măturări selective au fost prezente în cel puțin jumătate dintre populațiile analizate.

Aceste rezultate indică existența unor presiuni selective comune, care acționează la scară globală asupra microbiomului intestinal uman.

Metabolismul glucidelor, țintă majoră a selecției

Analiza funcțională a genelor implicate în măturările selective a arătat o îmbogățire semnificativă a genelor implicate în transportul și metabolismul glucidelor, chiar și după corecția pentru testări multiple. În mod particular, au fost frecvent identificate gene care codifică hidrolaze glicozidice, enzime esențiale pentru degradarea polizaharidelor alimentare.

Un rezultat deosebit de relevant a fost identificarea măturărilor selective la nivelul genelor mdxE și mdxF, care codifică transportori capabili să metabolizeze maltodextrina, un derivat sintetic al amidonului utilizat pe scară largă în alimentele ultraprocesate.

Diferențe între populații industrializate și neindustrializate

Compararea populațiilor a arătat diferențe clare:

• Populațiile industrializate au împărtășit măturări selective între ele de peste două ori mai frecvent decât cu populațiile neindustrializate.

• Genele mdxE/mdxF au fost supuse selecției pozitive în toate cele 14 populații industrializate analizate în care specia Ruminococcus bromii a fost prezentă, dar nu au fost identificate ca fiind sub selecție în populațiile neindustrializate.

• Numărul total de măturări selective per populație a fost similar:

  • 3,46 evenimente per populație industrializată,

  • 3,25 evenimente per populație neindustrializată,
    diferența nefiind semnificativă statistic.

Concluzii

Acest studiu demonstrează că măturările selective specifice genelor reprezintă un mecanism evolutiv central în microbiomul intestinal uman, facilitat de recombinarea genetică și de transferul orizontal de gene. Adaptările genetice nu sunt rare sau izolate, ci larg răspândite și adesea comune între populații aflate la mari distanțe geografice.

Rezultatele sugerează că:

• Dieta nu influențează doar compoziția microbiomului, ci și traiectoria evolutivă a bacteriilor comensale.

• Industrializarea alimentației umane a introdus presiuni selective noi, favorizând gene implicate în metabolizarea ingredientelor moderne, precum maltodextrina.

• Identificarea acestor adaptări genetice deschide perspective importante pentru înțelegerea mecanistică a interacțiunii dintre dietă, microbiom și sănătate, precum și pentru dezvoltarea de intervenții nutriționale și probiotice bazate pe dovezi genetice.

În ansamblu, cercetarea oferă o imagine solidă și detaliată asupra modului în care microbiomul intestinal uman evoluează în paralel cu schimbările culturale și alimentare ale societății moderne.