當(dāng)?shù)谝慌祟愖叱龇侵迺r(shí)，隨他們一同 " 出走 " 的，還有他們的腸道微生物。事實(shí)證明，這些微生物也隨著人們自身的進(jìn)化而進(jìn)化了。

人類腸道微生物組由成千上萬(wàn)種細(xì)菌和古菌組成。在一個(gè)特定的微生物物種中，不同菌株攜帶著不同的基因，它們可以影響人的健康和易感的疾病。

腸道微生物藝術(shù)家暢想圖。（圖／Darryl Leja, National Human Genome Research Institute, National Institutes of Health）

生活在世界不同國(guó)家的人之間，微生物組成和腸道微生物組的多樣性存在著明顯的差異，比如，不同人群的腸道中可能生活著不同物種，或者同一個(gè)物種下的不同菌株。盡管研究人員剛剛開始了解哪些因素會(huì)影響微生物組的組成（比如飲食），但對(duì)同一個(gè)微生物物種存在不同菌株的原因仍然知之甚少。

近日，一組研究微生物進(jìn)化和微生物組的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，微生物不僅隨著其早期現(xiàn)代人類宿主在全球各地的旅行而變得多樣化，而且它們通過限制自己在腸道中的生活，跟隨著人類共同進(jìn)化。論文已發(fā)表在《科學(xué)》上。

微生物與人類共享進(jìn)化史

科學(xué)家首先提出假說(shuō)認(rèn)為，人類的足跡遍布全球，并在遺傳上實(shí)現(xiàn)多樣化，而我們腸道中的微生物物種同樣如此。換句話說(shuō)，腸道微生物和它們的人類宿主共同多樣化，且共同進(jìn)化。

就像人類的多樣化讓亞洲人和歐洲人看上去就有明顯的差異，體內(nèi)的微生物組也是如此。

為了評(píng)估這一點(diǎn)，研究人員需要將來(lái)自世界各地的人類基因組，和微生物組數(shù)據(jù)進(jìn)行配對(duì)。然而，在這項(xiàng)研究之初，同時(shí)提供個(gè)人微生物組數(shù)據(jù)和基因組信息的數(shù)據(jù)集非常有限。大多數(shù)公開可用的數(shù)據(jù)來(lái)自北美和西歐，而他們需要更能代表世界各地人口的數(shù)據(jù)。

因此，研究團(tuán)隊(duì)使用了來(lái)自喀麥隆、韓國(guó)和英國(guó)的現(xiàn)有數(shù)據(jù)，并在加蓬、越南和德國(guó)額外招募了一些母親和她們的幼童。他們收集了成年人的唾液樣本，從而確定他們的基因型或遺傳特征，同時(shí)采集了糞便樣本，對(duì)腸道微生物的基因組進(jìn)行測(cè)序。

研究人員在分析中使用了 839 名成人和 386 名兒童的數(shù)據(jù)。為了評(píng)估人類和腸道微生物的進(jìn)化歷史，他們還為每個(gè)人以及最常見的微生物物種的 59 個(gè)菌株構(gòu)建了系統(tǒng)發(fā)育樹。

將人類與微生物的系統(tǒng)發(fā)育樹比較后發(fā)現(xiàn)，它們的匹配程度呈現(xiàn)一種梯度。一些細(xì)菌的系統(tǒng)發(fā)育樹與人類的完全不匹配；還有一些則匹配得相當(dāng)好，表明這些物種與人類共同多樣化。事實(shí)上，一些微生物物種在幾十萬(wàn)年間一直在共同進(jìn)化。

人類參與者（左）和一種緊密匹配的細(xì)菌物種（右）的系統(tǒng)發(fā)育樹，它們表明人類和這種細(xì)菌在進(jìn)化過程中共同發(fā)生多樣化。（圖／Suzuki et al., Science Volume 377, abm 7759 ( 2022 ) , CC BY-NC-ND）

他們還發(fā)現(xiàn)，與人共同進(jìn)化的微生物與沒有的那些相比，有一套獨(dú)特的基因和性狀。與人類 " 搭檔 " 的微生物的基因組通常更小，對(duì)氧氣和溫度更敏感，大多無(wú)法忍受低于人體溫的條件。

相反，與人類進(jìn)化關(guān)系較弱的腸道微生物則具有一些在外部環(huán)境中自由生活的細(xì)菌的特征和基因。這一發(fā)現(xiàn)表明，共同多樣化的微生物，在很大程度上依賴于人體的環(huán)境條件，并且必須從一個(gè)人迅速傳播到另一個(gè)人，或是代代相傳，或是生活在同一社區(qū)的人之間傳播。

團(tuán)隊(duì)注意到，母親和她們的孩子的腸道中具有相同的微生物菌株，從而證實(shí)了這種傳播模式。相比之下，沒有共同多樣化的微生物，更有可能在體外環(huán)境很好地生存，并通過水和土壤更廣泛地傳播。

腸道微生物與個(gè)性化醫(yī)療

這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)了腸道微生物與人類宿主的共同進(jìn)化，這提供了另一種方式來(lái)看待人類腸道微生物組。

腸道微生物在人與人之間傳遞了數(shù)百甚至上千代，隨著人類的改變，他們的腸道微生物也在變化。因此，一些腸道微生物就好像它們是人體的基因組的一部分，它們是世代相傳的基因包，在相關(guān)個(gè)體之間共享。

個(gè)性化醫(yī)療和基因檢測(cè)開始讓治療更針對(duì)個(gè)體，也更加有效。了解哪些微生物與人們建立了長(zhǎng)期的 " 伙伴關(guān)系 "，可能有助于研究人員開發(fā)出針對(duì)不同人群的基于微生物組的治療方法。臨床醫(yī)生已經(jīng)在使用來(lái)自社區(qū)成員的腸道微生物的 " 本地 " 益生菌，來(lái)治療營(yíng)養(yǎng)不良。

這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)還能幫助科學(xué)家更好地理解微生物如何在生態(tài)和進(jìn)化上從環(huán)境中 " 自由生活 "，過渡到依賴人類腸道的環(huán)境。共同多樣化的微生物具有的性狀和基因，讓人想起生活在昆蟲宿主體內(nèi)的共生細(xì)菌。這些共同的特征表明，其他動(dòng)物宿主也可能有在進(jìn)化過程中與它們共同多樣化的腸道微生物。

特別關(guān)注與人類有共同進(jìn)化歷史的微生物，有助于理解它們?cè)谌祟惛ｌ碇邪l(fā)揮的關(guān)鍵作用。